Agritechnica 2023: trendy v traktoroch
Agritechnica je celosvetovo považovaná za najdôležitejšiu inovačnú platformu pre poľnohospodársku techniku, v neposlednom rade aj vďaka „Agritechnica Innovation Award“. Výrobcovia už pred výstavou vopred predstavili množstvo produktov a niektoré z nich prihlásili do tejto inovačnej súťaže. Nižšie uvedený článok poskytuje prehľad najdôležitejších trendov v oblasti traktorov.
Spaľovacie motory sa ďalej vyvíjajú
Vývoj traktorov bol v posledných rokoch výrazne ovplyvnený požiadavkami na dodržiavanie emisných limitov. Vstrekovanie Common Rail, štvorventilová technika, turbodúchadlá, medzichladenie a elektronické riadenie motora predstavujú technologické základné kamene dieselových motorov, ktoré spĺňajú aktuálne platný emisný stupeň Stage V, aby boli schopné splniť požiadavky na výkon, spotrebu a emisie. Pre výkonové triedy od 56 do 560 kW sú nevyhnutné aj systémy dodatočnej úpravy výfukových plynov, dieselový oxidačný katalyzátor (DOC), filter pevných častíc (DPF) a selektívna katalytická redukcia (SCR), ktoré sú niekedy doplnené o recirkuláciu výfukových plynov (EGR). Viacero výrobcov teraz schválilo svoje emisné motory Stage V na používanie HVO (Hydrotreated Vegetable Oil).
Keďže sa do popredia dostáva problém CO2, rozširuje sa ponuka spaľovacích motorov na alternatívne palivá. Cummins bol prvým výrobcom, ktorý začiatkom roka 2022 oznámil platformu motorov pre viaceré palivá (diesel/HVO, metán a vodík) so 6-valcovým motorom „Fuel-Agnostic“. Základom je jednotný základný motor, ktorý možno kombinovať s rôznymi modulmi hlavy valcov. FPT používa podobný prístup s XC13 (6 valcov, zdvihový objem 12,9 litra), ktorý bol predstavený pred rokom ako „viacpalivový jednozákladný motor“. Nový koncept Cursor-X má predstavovať aj modulárny systém s modulmi hlavy valcov pre naftu/HVO, metán, vodík a ďalšie obnoviteľné palivá.
Spoločnosť AGCO Power tiež oznámila novú platformu motorov s radom Core. Prvým zástupcom bol Core 75 so 6 valcami a zdvihovým objemom 7,5 litra, ktorý sa používa v novom rade traktorov Fendt 700 Gen7 a je možné ho prevádzkovať aj s HVO. V budúcnosti by sa aj táto platforma mala dať ďalej rozvíjať, aby sa v závislosti od vývoja trhu dali využívať aj iné alternatívne palivá. S Core 50 určeným pre novú sériu Fendt 600 Vario je ďalší model motora už v štartovacích blokoch. S maximálnym výkonom 224 k (vrátane DynamicPower) tento 4-valcový motor so zdvihovým objemom 5,0 litra po prvý raz jednoznačne prekonal hranicu 200 k v traktoroch – pri nominálnych otáčkach len 1900 min-1.
Okrem Cummins a FPT pracujú na spaľovacích motoroch H 2 aj ďalší výrobcovia necestnej pohonnej techniky vrátane Deutz, JCB a Liebherr. Tento prístup sa v súčasnosti v priemysle úžitkových vozidiel považuje za najhospodárnejšie a najpraktickejšie riešenie na dosiahnutie zníženia CO 2 v krátkodobom a strednodobom horizonte pomocou bezuhlíkového vodíka. Predpokladom toho však vždy je, že pochádza zo zelených zdrojov. Vodík – podobne ako metán – môže byť vo vozidlách prepravovaný v plynnej forme v tlakových nádobách alebo v kvapalnej forme v izolovaných nádržiach. Technológie motora pre tieto dva zdroje energie sú tiež podobné (Ottov proces alebo High Pressure Direct Injection, HPDI).
Plynový motor teraz aj v poľnohospodárstve vďaka LNG
New Holland už ťažil z dlhoročných skúseností svojej sesterskej spoločnosti Iveco/FPT a v roku 2022 bol prvým výrobcom, ktorý priniesol na trh sériový traktor s plynovým motorom s T6.180 Methane Power. Metán sa sem dopravuje v plynnej forme vo forme CNG (Compressed Natural Gas) v tlakových nádobách. Keďže hustota energie CNG na liter objemu nádrže je len asi pätina hustoty nafty, prevádzkové časy takýchto vozidiel sú vo všeobecnosti obmedzené. Pomer je oveľa lepší pri kryogénnom, kvapalnom LNG (Liquefied Natural Gas), preto sa už roky používa v diaľkovej kamiónovej doprave. Doteraz nebol LNG v traktoroch takmer využívaný, pretože zvyčajné valcové, vákuovo izolované nádrže sa ťažko integrujú do obmedzeného inštalačného priestoru traktora. Dlhšie prestoje môžu taktiež viesť k väčšiemu množstvu vyvareného plynu (straty výfukovej pary).
S T7.270 Methane Power LNG teraz New Holland predstavuje plynový ťahač s nádržami na LNG, ktorý by sa mal týmto problémom vyhnúť. Vďaka špeciálnej technológii s dvojitou stenou už vákuovo izolované nádrže na LNG nemusia mať nevyhnutne valcový tvar a možno ich teda lepšie prispôsobiť priestorovým podmienkam typickým pre traktory – podobne ako nádrže na naftu. T7.270 LNG dokáže prepraviť 200 kilogramov metánu, čo je približne sedemkrát viac v porovnaní s približne 30 kilogramami T6.180 Methane Power (na základe integrovaných nádob na CNG). New Holland rieši problém varu s plynom pomocou „kryo-chladiča“, ktorý udržuje metán neustále pod teplotou mínus 162 °C, a teda v tekutom stave. Energia potrebná pre elektricky poháňaný chladič je veľmi nízka a pochádza z batérie, ktorú je možné nabíjať buď prostredníctvom externého zdroja energie, alebo integrovaného generátora IC (prevádzka s vyvareným plynom). To znamená, že koncepty plynových motorov na skvapalnený zemný plyn by sa teraz mohli stať vhodnou možnosťou pohonu aj v poľnohospodárstve v kombinácii s možnosťou využívať vlastný bioplyn (bio-LNG) ako palivo v CO 2 neutrálnych cykloch.
Batériový pohon si pomaly, ale isto razí cestu do sveta
Technológia batérií sa neustále vyvíja a v posledných rokoch sa gravimetrická aj objemová hustota energie neustále zvyšuje (Wh.kg -1 a Wh.l-1). Z dnešného pohľadu však batérie vždy zostanú relatívne veľké a ťažké, a preto sú nimi vybavené vozidlá vhodné predovšetkým pre ľahké a stredne náročné aplikácie alebo pre periodicky sa opakujúce práce, kde je dostatok času na medzinabíjanie. V poľnohospodárstve sú takéto podmienky okrem iného aj pri menších traktoroch, ktoré teraz postupne prichádzajú na trh.
Kompaktný traktor SKE 40 Electric (trvalý/špičkový pohon 40/64 kW, kapacita batérie 50 kWh) vyrába Rigitrac od tohto roku v malých sériách. Na rok 2024 sú ohlásené úzkorozchodné traktory Fendt e107 V Vario (trvalý/špičkový výkon 55/66 kW, kapacita batérie 100 kWh) a New Holland T4 Electric Power (trvalý/špičkový výkon 55/89 kW, kapacita batérie 110 kWh) . Nabíjací výkon striedavým prúdom (AC) je 22 kW pre všetky tri modely a medzi 80 a 100 kW pre modely s jednosmerným prúdom (DC).
Pohony na palivové články sú stále v plienkach
Pohony na palivové články sú tiež elektrické systémy. Elektrina však nepochádza zo zásuvky, ale vyrába sa z vodíka na vozidle. Keďže palivové články nedokážu rýchlo reagovať na zmeny zaťaženia a optimálna účinnosť je v rozsahu stredného zaťaženia, v pohonoch vozidiel sa vždy kombinujú s vyrovnávacími batériami. Vo väčšine prípadov je palivový článok hlavným prvkom a batéria je doplnkovým prvkom, ktorý pokrýva špičkové zaťaženie a môže uchovávať brzdnú energiu. Palivový článok možno použiť aj ako „predlžovač dojazdu“ na predĺženie dojazdu elektromobilov na batérie.
Aktuálne prototypy/štúdie sú k dispozícii okrem iného od spoločnosti Fendt. HELIOS (hydrogén-elektrický traktorový systém), vyvinutý ako súčasť výskumného projektu H2Agrar, pracuje s 100 kW palivovým článkom a 25 kWh vyrovnávacou batériou. Možno ho teda priradiť k pojmu „palivové články ako hlavný pohon“. V piatich vysokotlakových nádobách namontovaných nad strechou kabíny (700 barov) je možné prepravovať celkovo 21 kg vodíka. Schopnosť prepraviť dostatok energie pre požadované prevádzkové časy/dojazd je tiež vo všeobecnosti veľkou výzvou pre vozidlá s palivovými článkami.
V súťaži DLG „AgriFuture Concept Winner 2023“ predložil Fendt aj štúdiu mobilného palivového článku, ktorý dokáže vyrábať elektrickú energiu zo zeleného metanolu a tak nepretržite dobíjať batériu Fendt e107 V Vario. Kvapalný metanol sa prepravuje v 60-litrovej palivovej nádrži a nemusí byť tlakovaný ani chladený. Palivový článok má výkon 15 kW a zo 60 litrov metanolu dokáže vyrobiť okolo 100 kWh elektrickej energie. Pri nízkom/strednom využití je možné prevádzkovú dobu akumulátorového elektrického traktora e107 V Vario zdvojnásobiť. Modul palivových článkov je pripevnený k prednému alebo zadnému napájaciemu vývodu a elektrické pripojenie sa vykonáva pomocou zástrčky AEF. Toto riešenie zodpovedá konceptu „palivový článok ako predlžovač dojazdu“.
Hybridizácia: riešenie pre stredné a väčšie traktory?
S Steyr Hybrid CVT predstavuje CNH modulárny hybridný koncept pre stredné a veľké štandardné traktory. Prezentovaný prototyp vychádza zo sériového modelu v základnej triede 6-valca (výkon 180 k, rázvor < 2,8 metra), ale dieselový motor tu produkuje 260 k. Z pôvodného pomeru 1:1 je prevzatá známa hydrostaticko-mechanická bezstupňová prevodovka. Úplne nový je však nosič prednej nápravy s odpruženým nezávislým zavesením kolies a dvoma integrovanými elektromotormi. Generátor je poháňaný naftovým motorom cez prevodový pomer a generovaný elektrický výkon (až 75 kW) odovzdáva elektromotoru cez výkonovú elektroniku. Elektrická energia sa tak premieňa späť na mechanickú energiu, ktorá je cez dvojstupňovú prevodovku vedená do ozubeného venca diferenciálu prednej nápravy. Predná náprava môže byť naďalej poháňaná mechanicky cez klasickú lamelovú spojku. V elektrotechnickom odvetví sú to aj SuperCaps (elektrostatické zásobníky energie, ktoré v krátkom čase absorbujú a uvoľňujú veľa energie, ale dokážu uložiť len malé množstvo energie), brzdový odpor a vysokonapäťová zásuvka AEF vpredu a zadná časť.
Tieto komponenty a sériovo-paralelná hybridná štruktúra umožňujú množstvo funkcií, ktoré sú pre traktory nové. Patrí medzi ne variabilný, aktívne riadený predstih prednej nápravy (E-Steering), funkcia elektrického posilňovača pre rýchle zrýchlenie počas prepravy (E-Boost), kompenzácia špičiek zaťaženia (plnenie E-Torque) a čisto dieselelektrický pohon, jazda pri nenáročnej práci s nízkymi otáčkami motora (režim E-CVT / E-Shuttle), ako aj brzdový retardér s trvalým výkonom 20 kW (E-Braking). Medzi ďalšie funkcie patrí variabilné rozdeľovanie krútiaceho momentu medzi nápravy (E-Torque Vectoring) a dodávka elektrického výkonu až 75 kW do prídavných zariadení (E-Implement).
Evolučný vývoj v prevodovkách
Hybridná koncepcia CNH zapadá do trendu holistických koncepcií pohonu, ktoré presahujú predchádzajúce systémy vznetového motora a prevodovky a umožňujú tak nové funkcie. Medzi predchádzajúce príklady patrí prevodovka VarioDrive/koncept pohonu všetkých kolies od spoločnosti Fendt a prevodovka eAutoPowr od spoločnosti John Deere s elektricko-mechanickým rozdelením výkonu a schopnosťou dodávať energiu náradiu. Fendt prvýkrát predstavil VarioDrive v roku 2015 pre sériu 1000 a odvtedy tento koncept postupne posunul do nižších výkonnostných tried. Po sériách 900 a 700 sa beznapäťový pohon všetkých kolies, ktorý je trvalo zapnutý až do rýchlosti 25 kilometrov za hodinu, teraz používa aj v novom 4-valci radu 600 Vario. John Deere montuje eAutoPowr do top modelu 8R 8R410 od roku 2022, pre ktorý predtým neexistovala možnosť bezstupňovej prevodovky.
Za posledné dva roky neboli oznámené žiadne nové bezstupňové a plynule meniteľné prevodovky, ale došlo k zaujímavému ďalšiemu vývoju. Claas používa bezstupňovú prevodovku Eccom 5.5 od ZF, ktorá bola predstavená spolu s novou rozvodovou skriňou čerpadla pre predchádzajúci rad Xerion (4200/4500/5000) pre modelový rok 2023, aj v nových modeloch Xerion radu 12 (max. výkon až 653 PS). Vďaka vysokému krútiacemu momentu 15,6-litrového motora so šiestimi valcami a turbodúchadlom od Mercedes-Benz je do prevodovky čerpadla integrovaný „vysoký stupeň ovládania“. To umožňuje zníženie vstupného krútiaceho momentu prevodovky a prenos výkonu motora pri vyšších otáčkach. Na výstave Agritechnica 2023 Claas predstavil aj nový režim čelného nakladača pre modely traktorov Arion 500 a 600 s vlastnými plynule meniteľnými prevodovkami (EQ200/EQ220). To umožňuje ovládať krútiaci moment/ťahovú silu plynovým pedálom pri vjazde do kopy sypkého materiálu alebo hnoja, ako je to pri kolesových alebo teleskopických nakladačoch s hydrodynamickými meničmi krútiaceho momentu. To by malo zjednodušiť a zjednodušiť plnenie nástrojov čelného nakladača.
Upravuje sa technológia podvozku
Technológia podvozkov stále naberá na dôležitosti s rastúcim výkonom a hmotnosťou veľkých traktorov. Claas preto vyvinul nové trojuholníkové pásy pre 12-sériu Xerion, ktoré sú vyrábané vo vlastnej réžii. Táto konštrukcia bola nevyhnutná, pretože nové vlajkové lode prichádzajú aj s riadením nápravy a nie s kĺbovým riadením, ako je v tejto výkonnostnej triede obvyklé. Veľké hnacie koleso pásov spolu s dvomi vychyľovacími kladkami je namontované na hlavnom ráme, ktorý sa môže kývať o +/- 10 stupňov. Odpruženie boogie dvoch medzivalcov je integrované do samostatného výkyvného ramena, ktoré je tlmené gumovými prvkami. V Európe sú modely radu 12 ponúkané len s pásmi, nazývanými aj Terratrac. Pre trhy s menej prísnymi požiadavkami na šírku sú traktory dostupné aj s kolesovým podvozkom. Možno sem namontovať dvojité pneumatiky s rozmermi 800/70R42 a teda vonkajším priemerom 2,15 metra, čo zatiaľ „kĺbová konkurencia“ neponúka.
Case IH tiež vystúpil ako priekopník v oblasti 4-stopových podvozkov a trojuholníkových pásov pre veľké traktory. Aby sa dosiahol maximálny výkon 778 k novej vlajkovej lode Quadtrac 715 (6-valcový motor so zdvihovým objemom 15,9 litra a 2-stupňovým preplňovaním turbodúchadlom) na zem, rozchody sa predĺžili o 10 centimetrov a priemer hnacieho kolesa sa zväčšil nad 100 centimetrov. Traktory je teraz možné objednať aj s podvozkovým odpružením PowerFlex, ktoré zaisťuje nielen väčší komfort, ale aj lepšie prispôsobenie sa terénu. Pásy so závesným trojuholníkom boli predtým dostupné len pre veľké kombajny, nie však pre ťažké traktory.
Neustály vývoj komfortných funkcií
V posledných rokoch mnohí výrobcovia predstavili nové a niekedy väčšie kabíny s digitálnymi ovládacími a zobrazovacími systémami pre svoje série traktorov (napr. operačný koncept FendtONE alebo kabína 8S od Massey Ferguson). V nedávnej minulosti však mal vývoj kabín a operačných systémov tendenciu byť „evolučný“.
Case IH predstavuje „Adaptívne 360° pracovné osvetlenie“, systém osvetlenia, ktorý umožňuje homogénne osvetlenie okolo traktora bez zvýšenia počtu svetlometov. Dôležitým prvkom sú výklopné držiaky vpredu v polovici kabíny. Nastavenia namontovaných svetlometov je možné vykonať z kabíny spolu s nastaveniami na zadných blatníkoch a následne uložiť. Uložené náradie/pracovné šírky je možné vyvolať cez režim „Automatika pripojeného náradia“ v menu osvetlenia terminálu traktora, pri náradí ISOBUS sa to deje automaticky pri pripájaní. Tým odpadá nutnosť voliť medzi neustálym prestavovaním pracovných svetiel a jednorazovým kompromisným nastavením pre rôzne zariadenia.
Doterajšie tempomaty sa zvyčajne riadia podľa otáčok kolies a teda teoretickej rýchlosti jazdy. Preklz (pozitívny alebo negatívny) spôsobený odporom v ťahu alebo sklonom/klesaním sa zvyčajne neberie do úvahy. Fendt teraz zakladá funkciu „Real Speed Cruise Control“ na efektívnych rýchlostiach jazdy, ktoré sa zaznamenávajú pomocou GPS alebo radarových senzorov, čím sa zlepšuje dodržiavanie požadovanej rýchlosti. To je výhodné okrem iného pri aplikácii hnojív a pesticídov.
S ErgoSteer predstavuje Fendt okrem volantu aj riadenie joystickom v ľavej lakťovej opierke. Dá sa to použiť aj na zmenu smeru jazdy a aktiváciu navádzania do jazdných pruhov. Vďaka samocentrovaniu je kedykoľvek možná presná priama jazda, citlivosť riadenia je možné individuálne nastaviť v termináli traktora. Zaujímavosťou je, že ErgoSteer je možné dodatočne namontovať na všetky traktory pomocou FendtONE.
V súčasných traktoroch sa ťažná sila zvyčajne riadi cez spodné ťahadlá. Zdvíhanie alebo spúšťanie 3-bodového závesu často vedie k tomu, že zariadenie na obrábanie pôdy už nie je rovnobežné so zemou, čo môže mať negatívny vplyv na kvalitu práce. Aby sa to optimalizovalo, Claas teraz začleňuje aj hydraulické horné tiahlo do viacrozmerného 3-bodového ovládania. Na určenie polohy sú na prednej a zadnej strane náradia namontované snímače na meranie výšky, ktoré prenášajú signály do riadiacej elektroniky traktora. Tie sa pomocou prídavnej hydraulickej riadiacej jednotky premenia na špecifikáciu ovládania dĺžky horného tiahla, čo vedie k automatickému nastaveniu pozdĺžneho sklonu zariadenia.
Autonómia prináša nové výzvy
Automatické systémy riadenia a možnosti programovania pre opakujúce sa pracovné sekvencie, napr. na úvrati, sú na traktoroch už roky. V ďalšom kroku dôjde k pokusu o „autonomizáciu“ jednotiek ťahača a náradia. V závislosti od úrovne autonómie by mal vodič sledovať iba pracovné procesy, v extrémnych prípadoch by už nemal byť potrebný vôbec. Viacerí výrobcovia preto predstavujú systémy na presun plne autonómnych vozidiel z farmy na pole alebo na monitorovanie kvality práce. Príkladom toho je „Vehicle Transportation System“ VTS od Krone/Lemken pre autonómnu „jednotku procesného inžinierstva“ VTE. Vozidlo a jeho príslušenstvo je možné doviesť na pole „normálnym“ traktorom pomocou oja. Stratégia riadenia je prispôsobená rýchlosti tak, aby bola pri vysokých rýchlostiach stabilná a v zákrutách/nájazdoch tesne kopírovala. Prevádzková brzda autonómneho ťažného vozidla, ktoré sa pri použití nového systému VTS považuje za prípojné vozidlo na ceste, sa ovláda cez štandardný 2-vodičový tlakovzdušný brzdový systém.
New Holland má s akumulátorovým elektrickým traktorom T4 Electric Power trochu iný prístup a predstavuje zaujímavé funkcie autonómie a bezpečnosti pre tento traktor, ktoré by mohli byť v blízkej budúcnosti užitočné. Kamerové systémy namontované na streche kabíny a v prednej časti kapoty umožňujú okrem iného 360-stupňový výhľad na traktor, ktorý je možné preniesť na terminál v kabíne, detekciu zadných prídavných zariadení pre jednoduchšie pripojenie a automatické PTO vypnutie, ak sa ľudia dostanú príliš blízko k vývodovému hriadeľu. Nechýbajú ani funkcie „Route Mode“ (traktor sleduje nastavenú jazdnú sekvenciu, napríklad v sadoch), „Invisible Bucket“ (vylepšený prehľad o práci čelného nakladača „odtiahnutím“ príslušenstva na termináli v kabíne) a „Follow-Ja“. Režim „Follow-Me“ môže byť zaujímavý najmä pri práci, pri ktorej musí vodič neustále nastupovať a vystupovať, aby sa vozidlo posunulo o niekoľko metrov dopredu, ako je to napríklad pri ručnom zbere zeleniny alebo pri stavaní plotov. Za týmto účelom musí vodič aktivovať režim na termináli traktora a potom sa presunúť do oblasti prednej detekcie traktora na „identifikáciu“. To potom nasleduje len túto osobu. Okrem toho je tu ovládanie gestami, vďaka ktorému môže traktor prijímať pokyny k jazde aj prostredníctvom signálov rúk.
Záver
Dnes nikto nevie seriózne odpovedať, ako bude traktor vyzerať o 20 rokov, alebo či ešte bude existovať traktor v klasickej podobe. Faktom je, že v budúcnosti si čoraz viac automatizácie a autonómie nájde cestu do poľnohospodárskych strojov. Rovnako ako firmy, tak aj zákazníci uvažujú o alternatívnych koncepciách pohonu. Existuje na to veľa nápadov, ale ktoré z nich budú mať ekonomický zmysel a prevládnu, to sa uvidí.