Konstrukcijske znaajke poljoprivrednih traktora na poetku 21
Smanjivanje emisije tetnih produkata izgaranja
Nakon cestovnih vozila, od 1999. godine poele su se
primjenjivati i kod traktora norme koje se odnose na smanjenje
dozvoljene emisije tetnih sastojaka ispunih plinova dizel motora
kao to su NOx, HC, CO i estice ai. Poetkom novog stoljea svi vodei
proizvoai traktora predstavili su modele s novim motorima koji
zadovoljavaju europske Euro II norme (odgovarajue amerike Tier II
norme). U razdoblju 2006.-2008. poeo se primjenjivati A stupanj
Euro III normi, dok e se B stupanj uvoditi u razdoblju 2011.-2013.
ovisno o kategoriji motora prema snazi. S obzirom da e se i kod
traktora doputene granice tetnih sastojaka jo vie smanjiti uvoenjem
Euro IV normi 2014., primarni zahtjevi u razvoju traktorskih motora
odnose se na smanjenu emisiju ispunih plinova i smanjenje potronje
goriva.Tablica 1. Datumi primjene i granine vrijednosti nekih
parametara ispunih plinova prema direktivama 97/68/EC i
2000/25/EC
Ispuni plinovi
EU
normaDatum primjeneSnaga motora
(kW)CO
(g/kWh)HC
(g/kWh)NOX(g/kWh)estice
(g/kWh)
Stupanj I01.1999./07.2001.a130 P 5605,01,39,20,54
01.1999./07.2001.a75 P 1305,01,39,20,70
04.1999./07.2001.a37 P 756,51,39,20,82
Stupanj II01.2001./07.2002.a130 P 5603,51,06,00,2
01.2003./07.2003.a75 P 1305,01,06,00,3
01.2004./01.2004.a37 P 755,01,37,00,4
01.2001./01.2002.a18 P 375,51,58,00,8
a Prijelazno razdoblje
Tablica 2. Datumi primjene i granine vrijednosti nekih
parametara ispunih plinova za stupanj III A, direktive
2004/26/EC
Ispuni plinovi
EU
normaDatum primjeneSnaga motora
(kW)CO
(g/kWh)HC + NOX(g/kWh)estice
(g/kWh)
Stupanj III A01.2006.130 P 5603,54,00,2
01.2007.75 P 1305,04,00,3
01.2008.37 P 755,04,70,4
01.2007.19 P 375,57,50,6
Tablica 3. Datumi primjene i granine vrijednosti nekih
parametara ispunih plinova za stupnjeve III B i IV, direktive
2004/26/EC
Ispuni plinovi
EU
NormaDatum primjeneSnaga motora
(kW)CO
(g/kWh)HC
(g/kWh)NOX(g/kWh)estice
(g/kWh)
Stupanj III B01.2011.130 P 5603,50,192,00,025
01.2012.75 P 1305,00,193,30,025
01.2012.56 P 755,00,193,30,025
01.2013.37 P 565,04,7a
Stupanj IV01.2014.130 P 5603,50,190,40,025
10.2014.56 P 1305,00,190,40,025
a Zbroj HC i NOX
Postupci za smanjivanje tetnih tvari u ispunim plinovima
motora:
- izmjene na motoru (varijabilno otvaranje i zatvaranje ventila,
elektronika regulacija ubrizgavanja goriva, turbokompresor
promjenljive geometrije)
- naknadna obrada ispunih plinova (ugradnja katalizatora, SCR -
selektivna katalitika redukcija, EGR recirkulacija ispunih
plinova)
- poboljanje standardnih goriva (bezolovni benzin, smanjenje
sadraja sumpora u dizel gorivu)
- primjena alternativnih goriva (zemni ili prirodni plin,
ukapljeni naftni plin, bioplin, biodizel, etanol, metanol)
- primjena alternativnih pogonskih strojeva (hibridni pogon,
elektropogon, gorive elije-vodik)Naknadna obrada ispunih
plinova
Provodi se u katalizatorima koji kemijskim reakcijama pretvaraju
tetne tvari u neotrovne bez samotroenja jer se oni regeneriraju. On
sadri djelotvoran kemijski katalitiki materijal (jezgra je
presvuena malim koliinama plemenitih metala - platine (Pt), rodija
(Rh) i paladija (Pd)), keramiki ili metalni nosei materijal, kuite
i, ovisno o konstrukciji, razliite regulacijske naprave za
upravljanje procesom. Ovisno o konstrukciji katalizator oksidira
ugljini monoksid u ugljini dioksid, ugljikovodike u ugljini dioksid
i vodu i/ili smanjuje razinu duinih oksida u plin duika i kisika.
Djelotvorni katalizatori smanjuju tetne tvari u ispunim plinovima
do 90%. U vozilima se koriste trostazni katalizatori za benzinske
motore i oksidacijski katalizatori za dizel motore.
Princip rada oksidacijskog katalizatora
SCR - Selective Catalytic Reduction
Selektivna katalitika redukcija je tehnologija za smanjenje
emisije ispunih plinova dizel motora. Razvoj SCR tehnologije
prilagoene motornim vozilima zapoeo je devedesetih godina prolog
stoljea. Opsena istraivanja i usporeivanja s alternativnim
rjeenjima dokazala su pogodnost SCR tehnologije u svakodnevnoj
primjeni na komercijalnim vozilima tako da se sada ve primjenjuje
na vie od 250.000 cestovnih vozila s dizel motorima vodeih
proizvoaa (DAF, Mercedes Benz, Volvo, Renault). Budui je SCR
tehnologija dovela do znaajnih smanjenja emisije ispunih plinova,
njezina primjena se iri i na poljoprivredne strojeve. Glavni
oneiivai u ispunim plinovima su duini oksidi (NOx) i estice ai
(partikule). Ekoloke posljedice su smog, kisele kie i stakleniki
plinovi, to sve uzrokuje probleme s disanjem. Iako je emisija
unutar poljoprivrednog sektora ve smanjena na polovicu pod
utjecajem zakonodavstva i novim konstrukcijama motora, daljnjih 75%
smanjenja NOx je potrebno provesti do 2014 uvoenjem Euro 4/Tier 4
motora. Ti motori moraju ispuniti rigorozne zahtjeve glede emisije
ispunih plinova, te istovremeno zadovoljiti potrebu za to veu
uinkovitost motora. Za razliku od trenutno vaeeg Euro 3 standarda,
znatno stroi kriterij Euro 4 i Euro 5 standarda, ne mogu biti
ostvareni samo optimizacijom procesa izgaranja goriva. SCR
tehnologija se pokazala kao jednostavno, a vrlo uinkovito rjeenje
jer se tretiraju ispuni plinovi na izlazu iz motora. Drugi naini
smanjenja emisije ispunih plinova zahtijevali bi ponovnu promjenu
tehnologije ubrizgavanja, izgaranja i openito rada motora.
Razlozi zbog kojih je postojeom tehnologijom, bez izmjena i
dodataka, nemogue ispuniti ono to trae Euro 4 i Euro 5 propisi, lee
u samoj prirodi termodinamikih procesa u dizel motorima. Smanjenje
potronje goriva, to je jedan od prioriteta i proizvoaa i kupaca,
dovodi do smanjenja sadraja estica ae ispunim plinovima, ali i do
neizbjenog porasta sadraja duinih oksida. S druge strane, pokuaj da
se proces izgaranja prilagodi niskom nivou emisije duinih oksida
uvijek dovodi do porasta potronje goriva i porasta emisije estica.
Da bi se, u skladu s novim standardima, istovremeno smanjio sadraj
duinih oksida i estica u ispunim plinovima, pristupilo se razvoju
uinkovite i ekonomski prihvatljive tehnologije koja e omoguiti da
se dio duinih oksida eliminira procesom koji se odvija u ispunoj
grani motora. Primjenom SCR tehnologije se postojei motorski sklop
oprema dodatnim sustavom koji djeluje na ispune plinove koristei
odreenu tekuinu (ureu). Istovremeno je proces izgaranja u motoru
prilagoen smanjenju potronje goriva i nivoa estica ae, tako da SCR
tehnologija predstavlja kombinaciju katalitike redukcije duinih
oksida i unapreenja na samim motorima.
Radi smanjenja nivoa emisije neizgorenih estica i smanjenja
potronje goriva, Mercedes (slino je i kod drugih) je na motorima
koji koriste SCR tehnologiju poveao stupanj kompresije sa 17,75:1
na 18,50:1, to je za posljedicu imalo i poveanje maksimalnog tlaka
u cilindrima sa 170 na 180 bara. Nove su i brizgaljke, koje,
umjesto dosadanjih est, imaju sedam otvora. Veliki broj
modifikacija je izvren i radi poveanja radnog vijeka motora,
usprkos znatno uinkovitijem procesu izgaranja. Na primjer, na
esterocilindrinim i osmerocilnidrinim motorima koriteni su novi
materijali za izradu bloka motora. Znatan porast tlakova u
cilindrima zahtijeva i izmjene strukture glava cilindara, usisnih i
ispunih ventila, leajeva koljenastog vratila, brtvi i drugih
komponenti. Ove i mnoge druge modifikacije su doprinijele poveanju
pouzdanosti i radnog vijeka novih motora, a intervali redovnog
odravanja i izmjene motornog ulja nisu smanjeni. Motori s SCR
tehnologijom rade s optimalnim omjerom zraka i goriva, to je
rezultiralo i znaajnim utedama u potronji goriva.
Princip rada SCR sustava
U SCR katalizatoru se u ispune plinove ubrizgava urea koja
pretvara duine okside NOx u bezopasan duik i vodu. SCR sustav
tretira ispune plinove s DEF tekuinom (Dizel Exhaust Fluid), tekuom
ureom u preciznim koliinama, koja se ubrizgava putem Bosch
kontrolnog sustava u ispuni sustav koji ukljuuje i katalitiki
pretvara. DEF tekuina (usvojen naziv AdBlue) se nalazi u zasebnom
spremniku, a primjenjuje se u koliini od 3% u odnosu na dizel
gorivo. SCR tehnologija smanjuje potronju goriva od 5% u usporedbi
s istovjetnim motorima koji koriste alternativne sustave za
smanjenje emisije ispunih plinova. Na ovaj nain se smanjuje emisija
duikovih oksida NOx i do 80% (EURO 4 i EURO 5) u odnosu na
standardne diesel motore (EURO 0), kao i emisija CO2 za vie od 7%.
Strunjaci predviaju da e do 2014 svi motori morati koristiti neki
oblik SCR tehnologije u skladu s Euro 4/Tier 4 propisima. Motori s
SCR tehnologijom rade s optimalnim omjerom zraka i goriva, to je
rezultiralo i znaajnim utedama u potronji goriva.
Potranja ADBlue-a na tritima europskih zemalja i predvianje u
nadolazeim godinama
EGR - Exhaust Gas RecirculationRecirkulacija ispunih plinova je
sustav upravljan podtlakom projektiran s ciljem da smanji emisiju
tetnog duinog oksida prouzroenu visokim temperaturama izgaranja
pogonske smjese.EGR sustav djeluje na nain da plasira manje koliine
ispunih plinova natrag u motor, tj. direktno u usis gorive smjese
to rezultira njenim razrjeenjem te na taj nain i smanjenom
temperaturom izgaranja.
Upravljaka elektronika motora nadzire aktivnost sustava EGR u
odnosu na radni reim motora, pa stoga moemo razlikovati tri stupnja
aktivnosti EGR sustava:
Visoki EGR protok dozvoljava se kad je motor u srednjem reimu
rada i srednjem ubrzanju, kada se zapravo i ostvaruju najvie
temperature.
Niski EGR protok aktivira se pri niskom broju okretaja, te kada
je vozilo rastereeno (prazni hod).Zaustavljen EGR protok rabi se u
situacijama kada bi EGR protok bitno ugrozio eljene efekte motora,
pri zagrijavanju hladnog motora, te pri viim okretajima.
Rad EGR sustava regulira se pomou tri osnovna dijela:
Vakumom pokretan kontrolni ventil za regulaciju koliine protoka
vraenih ispunih plinova.
Vakum modulator koji slui za ravnomjerniju raspodjelu podtlaka
jer je poznato da podtlak mijenja svoju vrijednost u odnosu na
optereenje motora.
Elektroniki kontrolirani ventil za preusmjerenje plinova,
koristi se za iskljuenje/ukljuenje sustava (preusmjerava vraene
ispune plinove natrag u cijev ispuha umjesto u usis motora kada je
potrebno iskljuenje EGR sustava).
Primjena alternativnih goriva za pogon motora SUI:
Plinska goriva:
- zemni ili prirodni plin
- ukapljeni naftni plin
- bioplin
Goriva biljnog porijekla:
- biodizel
- etanol (metanol)
Plin predstavlja alternativno jeftinije gorivo u usporedbi s
dizelskim gorivom i benzinom. Za koritenje je u postojee benzinske
motore potrebno ugraditi posebnu plinsku instalaciju, obaviti atest
i dalje se voziti na jeftinije gorivo. No, porastom interesa za
plinom kao gorivom dolazi i do zabune, jer su vozai poeli mijeati
dvije nekompatibilne vrste autoplina. Pod pojmom autoplin se misli
na ukapljeni naftni plin za koji se koriste kratice UNP, LPG i GPL,
a to je smjesa propan-butan plinova kakva se koristi i u plinskim
bocama u kuanstvu i industriji. Drugi vrsta plina koji se moe
koristiti je zemni ili prirodni plin u komprimiranom stanju, a za
koji je kratica CNG. Osim ovih dviju vrsta plinova moe se koristiti
i bioplin.
Ukapljeni naftni plin
Ukapljeni naftni plin (UNP, propan-butan ili autoplin) je
mjeavina ukapljenih ugljikovodika nastalih preradom nafte koji su u
normalnom stanju plinovi, a pri poveanju tlaka prelaze u tekue
stanje. U meunarodnom prometu oznaava se kraticom LPG prema
engleskom nazivu liquified petroleum gas. Moe se susresti i naziv
GPL prema talijanskom nazivu Gas di Petrolio Liquefatto. Ima vrlo
rairenu upotrebu kao izvor energije u industriji i domainstvu, te
kao gorivo u automobilima.
Ukapljeni naftni plin se sastoji veinom od propana C3H8 ili
butana C4H10, a najee je smjesa obaju plinova. U Hrvatskoj se
distribuira u omjeru 50% propana i 50% butana, ali se zimi poveava
koliina propana u smjesi. Vea koliina propana osigurava tlak
potreban za izlaz smjese iz spremnika i pri niskim temperaturama. U
manjim koncentracijama, u ukapljenom naftnom plinu su sadrani i
neki drugi plinovi, kao to su propilen, butilen i drugi.
Kako je ukapljeni naftni plin bez boje i mirisa, a prilikom
proputanja predstavlja potencijalnu opasnost, dodaju mu se posebni
dodaci (npr. etan-etiol ili tetrahidro-tiofen) koji ukapljenom
naftnom plinu daju miris i time olakavaju otkrivanje. Komercijalni
naini dobivanja su separacijom prirodnog plina (degazolinaa) i
rafinerijskom preradom sirove nafte. Energetska vrijednost UNP-a u
odnosu na isti volumen benzina je neto manja, a u odnosu na masu
neto vea. Za dobivanje iste koliine energije potrebno je utroiti
neto vei volumen UNP-a. U odnosu na druga fosilna goriva izgaranjem
se oslobaa manje HC spojeva, ae, otrovnih spojeva benzena i
butadiena, te je znatno smanjena emisija sumpornih spojeva.
Koritenjem UNP-a u gusto naseljenim podrujima poboljava se
kvaliteta zraka.Svojstva UNP-a:- Tei je od zraka oko 1,9 puta (pada
i koncentrira se pri tlu)- Nije otrovan, no u velikoj koncentraciji
smanjuje koliinu kisika u prostoriji- Zbog lakeg transporta i
uinkovitijeg skladitenja ukapljuje se pod poveanim tlakom, ve od
1,7 bara, te se pohranjuje u namjenske posude ili spremnike- Pri
atmosferskom tlaku i sobnoj temperaturi UNP prelazi u plinovito
stanje
Zemni ili prirodni plin
Zemni ili prirodni plin je fosilno gorivo koje se najveim
dijelom (85% do 95%) sastoji od metana (CH4), koji je
najjednostavniji ugljikovodik bez mirisa i okusa. Zapaljiv je i
eksplozivan. Preostali udio (5% do 15%) su etan, duik, ugljini
dioksid itd. Kao fosilno gorivo, prirodni plin ima ograniene
zalihe. Procjene su da bi zalihe prirodnog plina, uz dananju razinu
iskoritavanja, mogle potrajati jo nekih sto godina. Jedan od
problema s plinom je taj to se udio metana u njemu mijenja od
nalazita do nalazita. Najvei udio metana ima u ruskom prirodnom
plinu i kree se oko 98%, dok je kod drugih nalazita taj udio
80-85%. Kao alternativno gorivo za pogon motornih vozila se
upotrebljava u komprimiranom plinovitom stanju CNG (compressed
natural gas).
Svojstva komercijalnog prirodnog plina:- Laki je od zraka
otprilike dva puta- Nije otrovan, no u velikoj koncentraciji
smanjuje koliinu kisika u prostoriji- Kod koritenja za pogon vozila
tlai se na 200-230 bara, te se pohranjuje u visokotlane posude
Koja je razlika izmeu LPG i CNG plina, da li se moe koristiti
ista plinska instalacija za vozila, gdje se puni:LPG = UNP tj.
ukapljeni naftni plin se kupuje u tekuem stanju pri tlaku oko 5
bara i plaa se po litri, spremnik ima tanje stijenke, a na
raspolaganju je vie od 260 punionica u Hrvatskoj.CNG = komprimirani
prirodni (zemni) plin se kupuje u plinovitom stanju pri tlaku oko
220 bara i plaa se po kilogramu, spremnik ima deblje stijenke, a u
Hrvatskoj je samo jedna javna punionica u Gradskoj plinari u
Zagrebu.
Plinska instalacija je skuplja za prirodni (zemni) plin nego za
LPG (propan-butan), tako da je poetna investicija vea, a trenutano
je ponuda takvih ureaja za prirodni plin u Hrvatskoj znatno manja
ili simbolina u odnosu na LPG plinsku instalaciju kod koje se moe
birati izmeu desetak proizvoaa razliite kvalitete i cijene.
Prednost uporabe plina za pogon je u tome to motori pogonjeni
plinom isputaju znatno manje tetnih plinova od odgovarajuih dizel
motora koji ispunjavaju Euro 2 normu. Osim toga, prednost mu se
oituje i u injenici nepostojanja krutih estica u ispunoj cijevi,
buka je neusporedivo manja kao i nia cijena u odnosu na dizel ili
benzin. Prirodni plin je znaajan i u pogledu da su autonomija
kretanja i nosivost bitno vei nego kod ostalih alternativnih
goriva. DFD (dual-fuel diesel) sustav
Za razliku od osobnih vozila gdje je pogon plinom odavno ve uzeo
maha, kod kamiona stvari idu nekim drugim tijekom. DFD kamioni
(dual-fuel diesel) postoje ve neko vrijeme. Uglavnom su to kamioni
lake i srednje nosivosti, a osim ekolokih prednosti koristi ih se i
zbog smanjene buke motora. Jedan od primjera uporabe su londonske
komunalne slube koje koriste nekoliko DFD vozila upravo zbog
smanjene buke za rad u gradskom sreditu u nonim satima.
DFD je sustav koji pogonskom dizel motoru dodaje odreenu koliinu
ukapljenog naftnog plina i na taj nain poveava uinkovitost
izgaranja, smanjuje buku motora i zagaenost ispuha. Kod dizel
motora pogonsko gorivo ne izgara u potpunosti, ve dio goriva izlazi
na ispuh u obliku ae i tetnih plinova. Zbog naina paljenja visokim
stupnjem kompresije stvara se velika buka.
Ako se dizel gorivu doda odreeni postotak plina, poboljava se
izgaranje, to automatski podrazumijeva i mnogo istiji ispuh, a zbog
izmijenjenog sastava pogonskog goriva teoretski omoguuje i neto
smanjen stupanj kompresije dovoljan za zapaljenje smjese goriva to
rezultira smanjenom bukom.
Udio plina u DFD kombinaciji kree se od 5 do 35 %. Ako je DFD
sustav podeen za najmanju moguu potronju goriva, udio plina je
5-10% to rezultira potronjom manjom za oko 20% i 10% veom snagom.
Kada je sustav podeen za najbolje performanse motora, udio plina
moe biti ak 35%. Tada snaga motora raste i do 25%.
Obzirom na preostale prirodne resurse, ekoloke i tehnike
imbenike moemo rei da e plin vrlo vjerojatno postati neizostavan i
u pogonu teih motornih vozila, bilo u DFD kombinaciji ili moda kao
osnovno pogonsko gorivo poput LPG pogona u osobnim vozilima.
Bioplin
Bioplin predstavlja smjesu plinova dobivenu anaerobnom obradom
gnoja iji su glavni sastojci metan-CH4 (55-80%) i ugljini
dioksid-CO2 (19-44%), uz manje koliine duika-N2, vodika-H2,
kisika-O2, amonijaka-NH3 i sumporovodika-H2S. Svojstva bioplina kao
goriva i njegova ogrijevna vrijednost prvenstveno ovise o udjelu
metana. Na koliinu metana u bioplinu utjee kemijski sastav gnoja
koji se koristi za dobivanje bioplina, kao i uvjeti okoline tijekom
anaerobne razgradnje organske tvari. Bioplin se moe koristiti kao
gorivo za pogon svih vrsta motora sa unutarnjim izgaranjem (SUI).
Pogon bioplinom motora sa svjeicom ne zahtjeva posebnu pregradnju,
ve je dovoljno postojeem motoru dograditi mjea plina. Vee
iskoritenje postie se pregradnjom dizel motora na paljenje
svjeicom. Motoru s direktnim ubrizgavanjem se umjesto sustava
ubrizgavanja ugradi sustav paljenja svjeicom, a u usisnu granu mjea
plina.
Biodizel
Metil ester masnih kiselina, ee imenovan biodizelsko gorivo, moe
obino dizelsko gorivo zamijeniti u sluaju da pumpe za ubrizgavanje
goriva imaju vanjski sustav za podmazivanje i da je sustav za
gorivo prikladan za uporabu biodizela. U sluaju dizelskih motora na
kompresijsko paljenje biodizelsko se gorivo moe primijeati do
postotka 20-30%. Uporaba mjeavina znaajna je za brojne drave, a
najea je 5%-na mjeavina (5% biodizela i 95% obinog dizelskog
goriva). EN 590, europski standard za obino dizelsko gorivo,
dozvoljava do 5% biodizela u dizelskom gorivu. Fizikalne i kemijske
znaajke biodizelskog goriva inae su sline fosilnom gorivu, ali nisu
potpuno jednake. Veinu modernih dizelskih motora bi zapravo mogle
pokretati mjeavine s do 30% biodizela, ali je pritom potrebno biti
paljiv, jer uporaba mjeavina koje sadre vie od 5% biodizela
ponitava garanciju brojnih proizvoaa. 5%-ne mjeavine ponaaju se kao
isti dizel te imaju ak i neke prednosti.
Proizvoai motora obino garanciju za motor ne ponite, ako se
upotrijebi 5%-na mjeavina. Ipak je za oekivati da svi proizvoai ne
podravaju uporabu mjeavina s veim udjelom biogoriva. Proizvoai
poljoprivrednih traktora dokazali su da mogu proizvesti visoko
uinkovite motore, koji su 100% prikladni za uporabu biodizelskog
goriva. Loa iskustva nekih automobilskih proizvoaa moda su povezana
s uporabom pumpi za gorivo, koje prouzrokuju previsoku temperaturu
goriva i nemaju vanjski sustav za podmazivanje. Uporaba sintetikih
materijala u gorivnom sustavu, koji je 100% prikladan za
biodizelsko gorivo, nije problematina. Potrebno je istaknuti
injenicu da mora biodizelsko gorivo biti kvalitetno - standard je
EN14214.Proizvodnja metilnog estera repiinog ulja
Preanjem ploda uljane repice i filtriranjem dobiva se sirovo
repiino ulje. Izgaranjem takovog repiinog ulja u odnosu na emisiju
tetnih plinova pri pogonu dizel gorivom dolazi do poveanja emisije
neizgorjelih ugljikovodika i taloenja koksnih naslaga na elementima
motora. Pri pogonu oba ova efekta su nepovoljna i potrebno ih je
izbjei koliko god je mogue, a to se postie preesterifikacijom.
Preesterifikacijom se viestruko smanjuje viskozitet i dovodi gotovo
na razinu dizel goriva, pa je iz tog razloga preesterifikacija
postala nezaobilazan dio postupka proizvodnje. Kao sporedni
proizvod u postupku proizvodnje metilnog estera repiinog ulja
nastaje glicerin, koji takoer ima svoju trinu vrijednost te se moe
koristiti kao sirovina za daljnje proizvodne procese posebice u
kemijskoj industriji.
Uporaba metilnog estera repiinog ulja kao goriva za dizel motore
umjesto standardnog goriva moe se opravdati slijedeim
razlozima:
Prednost metilnog estera repiinog ulja u odnosu na standardno
dizel gorivo s ekolokog stajalita prvenstveno proizlazi iz
povoljnije bilance ugljinog dioksida (CO2). Uzgojem repice,
proizvodnjom goriva, njegovim izgaranjem te ponovnim uzgojem stvara
se djelomino zatvoren i ekoloki povoljan lanac nastajanja i
potronje ugljinog dioksida, dok se kod standardnog dizel goriva
nastali ugljini dioksid samo akumulira u atmosferi. Pri razmatranju
bilance ugljinog dioksida nastalog izgaranjem u motoru I
proizvodnjom metilnog estera repiinog ulja s jedne strane i dizel
goriva s druge, umjerenije procjene su da je produkcija ugljinog
dioksida metilnog estera repiinog ulja na razini od 40 do 50 %
produkcije ugljinog dioksida uslijed proizvodnje i izgaranja dizel
goriva, ali neki autori navode procjene od 20 do 25 % emisije
ugljinog dioksida dizel goriva.
Metilni ester repiinog ulja u odnosu na klasino gorivo ima
sposobnost brze i potpune bioloke razgradljivosti. Potpuna bioloka
razgradljivost ini ga izuzetno primjenjivim u ekoloki osjetljivim
podrujima kao to su npr. nacionalni parkovi ili vodocrpna podruja.
Metilni ester repiinog ulja sadri vrlo malo sumpora (najvie do 0.02
% mase), tako da je koliina sumpornog dioksida nastala njegovim
izgaranju zanemariva to povoljno utjee na smanjenje nastanak
kiselih kia.
Uz navedene prednosti uporaba metilnog estera repiinog ulja ima
i odreene nedostatke. Metilni ester repiinog ulja s obzirom na
dananje i budue potrebe ne moe biti jedino gorivo koje bi posluilo
kao zamjensko gorivo. Agresivnost metilnog estera repiinog ulja
prema elastomerima koji se uobiajeno koriste za izradu vodova i
brtvila u sustavu za napajanje goriva zahtjeva od proizvoaa motora
uporabu kvalitetnijih materijala koji su otporni na metilni ester
repiinog ulja.
Alkoholna goriva etanol i metanol
Po mnogim su svojstvima etanol i metanol vrlo slini benzinu.
Etanol se moe koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem uz
dodavanje benzinu ili kao njegova potpuna zamjena. Za dodavanje do
20% etanola u benzin nisu potrebne nikakve preinake ni zahvati na
motoru, dok za dodavanje veeg udjela ili za pogon samo na etanol
treba djelomino modificirati motor to poskupljuje cijenu takvih
vozila za 5-10%. Slino kao etanol, metanol se moe koristiti kao
dodatak benzinu ili kao posebno gorivo. Zbog poneto drukijeg naina
izgaranja nego benzin mogu se pojaviti odreene potekoe koje se
rjeavaju dodavanjem odreenih dodataka.
Od 1989. godine Scania je proizvela oko 600 autobusa na pogon
etanolom, veinom isporuenih vedskim gradskim autobusnim
operaterima. Prema podacima javnog prijevoza grada Stockholma, broj
kvarova nije vei od onih na klasinim autobusima s dizel motorima
sve dok se potuju propisani intervali odravanja. Etanolski motori
Scania rade na opepoznatom dizel principu paljenja poveanom
kompresijom. Efikasnost tree generacije ovih motora ne zaostaje
bitnije za obinim dizel motorima. Etanolu se za koritenje u dizel
motorima dodaje 5-7% aditiva koji poboljavaju paljenje smjese i
podmazivanje motora.
Osim u vedskoj, danas se etanolski autobusi Scania koriste za
gradski prijevoz i u brojnim drugim dravama - Norvekoj, panjolskoj,
Italiji, Poljskoj, Brazilu, Kini i Australiji, a u tijeku su i
realizacije isporuka prema Belgiji i Danskoj.
Najnoviji Scanijin etanolski motor adaptacija je 9-litarskog
diesel motora, udovoljava EEV standardu (environmentally friendly
vehicle - vozila prijatelji okolia) koji je neto zahtjevniji od
Euro5 standarda. Snaga motora je 270 KS.
Hibridni pogoni
Hibridni pogoni koriste najmanje dva izvora energije i najmanje
dva naina pogona. Pri sadanjem stanju tehnike hibridni traktori
realno mogu koristiti kombinaciju pogona motora s unutarnjim
izgaranjem napajanog dizel gorivom i elektromotora napajanog
elektrinom energijom iz baterija. Ovakvi hibridni traktori, kratko
nazvani elektrodizel traktori, danas ne postoje u serijskoj
proizvodnji, ali ima razloga za istraivanje perspektive njihovog
razvoja. O razvoju hibridnih traktora ima vrlo malo objavljenih
podataka, ali ima nagovjetaja da su istraivanja u tijeku. Jedan od
rijetkih prikaza razvoja hibridnih traktora bio je na izlobi
"Agritehnika 2005", gde je Case IH predstavio studiju
elektromehanike transmisije traktora snage 120 kW. Samo na jedan
korak do hibridnog traktora je John Deere serije 7030 E, koji ima
generator struje snage 20 kW za pogon vodene pumpe, ventilatora
hladnjaka, klima ureaja, kompresora i vanjskih potroaa. Takoer
postoje i koncepti potpuno elektrinog traktora (Eltrac, Mela) koji
umjesto mehanikog ima elektrini pogon kotaa.
Postoji vie naina primjene hibridnog elektrodizel pogona
traktora koji su opravdani kako s aspekta energetske uinkovitosti i
ekologije, tako i s aspekta poboljanja radnih karakteristika
traktora. Pri sadanjem stanju tehnike mogu se sagledati realno
izvodljive varijante primjene elektrodizel pogona traktora.
Elektrini motor-generator ugraen na kraj koljenastog vratila
pogonskog dizel motora moe povremeno dodati ekstra snagu dizel
motoru na raun energije akumulirane u baterijama ili puniti
baterije strujom.Baterije sustava se pune strujom od
motor-generatora kada traktor radi u lakem reimu (motor ima viak
snage za pogon generatora), ali i na raun rekuperirane energije u
transportu (koenje, nizbrdica). Baterije se mogu puniti i iz
elektrine mree (nono punjenje) ili se mogu zamijeniti ve napunjenim
baterijama. Koristi od povremenog pojaanja snage motora uoene su od
ranije, tako da danas mnogi traktorski motori imaju elektronike
sustave za regulaciju visokotlane pumpe pomou kojih mogu da rade
dulje ili krae vrijeme u zoni preoptereenja (Motor-Boost,
Inteligent Power Management i Sigma Power).
Ovi sustavi imaju svoje mane, jer se uslijed termikih i
mehanikih preoptereenja skrauje vijek motora, poveava se potronja
goriva i pogorava sastav ispunih plinova, naroito pri niskim
brojevima okretaja. Veliina dodatne snage (motor boost) kod
sadanjih traktora iznosi 7-20% nominalne snage motora, to se moe
prihvatiti kao dobra orijentacija i za razvoj elektromotornog
pojaanja snage traktora. Generatori struje i baterije hibridnih
elektrodizel pogona mogu napajati mnogobrojne potroae - razliitu
opremu traktora, ali i vanjske potroae. Sadanji mehaniki pogon
opreme dizel motora i traktora (vodena pumpa, ventilator hladnjaka,
alternator, uljna pumpa servoupravljaa, klima ureaj i kompresor)
neracionalan je, jer je stalno ukljuen i troi energiju ak i na
praznom hodu. S mogunou napajanja strujom vanjskih potroaa traktor
postaje pokretni elektroagregat vee snage, pa je i spektar njegove
primjene u poljoprivredi mnogo iri.
U doba sve vee ekoloke svijesti i potrebe smanjenja trokova,
diesel-elektrina tehnologija omoguava smanjenje potronje goriva,
maziva i trokova odravanja, a time i smanjene operativne trokove.
Traktor Caterpillar D7E ima ugraen dizel motor snage 235 KS neto
(175 kW) i snaan elektrini generator koji proizvodi izmjeninu
struju. Struja se kroz posebne kablove i konektore dovodi do
invertera, a zatim u upravljaki modul elektromotora koji pokree
pogonske lananike preko diferencijala i zavrnog prijenosa.
Proizvedena struja iz generatora se koristi i za pojedine ureaje
motora, klima ureaj, grijanje i ostale potrebe.
Postojei elektrohibridni automobili koriste NiMH
(nikal-metal-hidrid) baterije, prvenstveno zato to su dvostruko
lake od olovnih baterija. Traktori mogu nositi daleko veu koliinu
baterija kako s aspekta mase baterija, tako i s aspekta potrebnog
prostora za njihov smjetaj. Ukupna masa baterija hibridnih traktora
mogla bi se kretati oko 400 kg kod traktora snage 30-60 kW, ija
masa sada iznosi tri do pet tona, to bi znailo dodatno optereenje
od oko 10%. Ako se uzme u obzir da ti traktori sad imaju metalne
utege - balast za dodatno optereenje prednje osovine od 200
kilograma na vie, i da se taj balast moe zamijeniti baterijama,
tada bi masa baterija mogla biti i vea od navedenih 400 kg.
Raunajui s masom od 400 kg, koliina akumulirane elektrine energije
u baterijama bi iznosila 14 kWh za olovne i 32 kWh za NiMH
baterije. Ukupna masa baterija za traktore vee snage mogla bi biti
i mnogo vea, jer je masa tih traktora i njihovih balastnih utega
vea. Na primjer, traktori snage 150-200 kW u prosjeku imaju masu 10
tona i balastne utege iznad 400 kg.
Razvoj akumulatorskih baterija
Olovnu akumulatorsku bateriju izumio je francuski fiziar Gaston
Plant 1859. i olovna baterija je bila prva baterija koja se mogla
puniti u komercijalnoj upotrebi. Ovaj tip baterija se i danas
koristi uz odreene modifikacije. Postoje dvije osnovne izvedbe
olovnih akumulatorskih baterija. Prve su otvorene ili klasine
olovne akumulatorske baterije, a druge su zatvorene ventilom
regulirane olovne akumulatorske baterije.
Naziv otvorene olovne akumulatorske baterije koristi se za sve
klasine akumulatorske baterije koje je tijekom eksploatacije
potrebno odravati, odnosno nadolijevati destiliranu vodu. One se
izvode s epovima posebne izvedbe koji omoguuju izlaenje plina iz
elije u okolinu, a mogue ih je otvoriti radi povremenog
nadolijevanja destilirane vode u elije.
Negativne ploe su kod svih tipova olovnih akumulatorskih
baterija najee izvedene na isti nain. Kod njih je aktivni materijal
vrlo porozno isto olovo (Pb) utisnuto u vrstu reetku od olovne
legure. Najee su legure s primjesama antimona (Sb) ili kalcija
(Ca). Antimon se koristi jer poboljava mehaniku tvrdou i otpornost
na koroziju. Meutim, posljednjih godina je postotak antimona koja
se dodaje u leguru znaajno smanjen jer antimon ubrzava plinjenje
(gubitak vode) I samopranjenje akumulatorskih baterija. Ipak legura
olova i antimona se jo uvijek najee koristi za izradu negativnih
ploa otvorenih akumulatorskih baterija dok se za zatvorene,
ventilom regulirane, akumulatorske baterije koristi legura olova i
kalcija. Legura olova s kalcijem kod zatvorenih olovnih
akumulatorskih baterija predstavlja kompromis jer uz to to smanjuje
plinjenje, to je vano za zatvorene akumulatorske baterije jer kod
njih ne postoji mogunost nadolijevanja vode, ona ima i vie
negativnih efekata kao to su podlonost pojaanoj koroziji (ubrzano
starenje) ili smanjenje elektrine vodljivosti.
Zatvorene olovne akumulatorske baterije (VRLA)
VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) baterije su potpunozatvorene, s
izuzetkom ventila koji slui za oslobaanje plinova u havarijskim
uvjetima punjenja. Kod ove vrste akumulatorskih baterija, za
razliku od otvorenih ili klasinih olovnih akumulatorskih baterija,
provodi se rekombinacija plinova tijekom punjenja. Kemijske
reakcije tijekom rekombinacije su sljedee:
(1) 2H2O 4H++O2+4e-
(2) 2Pb+O2 2PbO
(3) PbO+H2SO4 PbSO4+H2O
(4) PbSO4+2H++2e- Pb+ H2SO4
Pri kraju procesa punjenja dolazi do elektrolize vode. Na
pozitivnoj ploi se tada stvara kisik, a na negativnoj ploi vodik.
Kod klasinih olovnih baterija zbog elektrolize dolazi do gubitka
vode. Prvo se pone na pozitivnoj ploi oslobaati kisik (1). Vodik se
pak na negativnoj ploi poinje oslobaati tek kad je proces punjenja
praktiki zavren. Onaj dio kisika koji dospije do negativne ploe ne
odlazi u zrak ve na njoj reagira s olovom i stvara olovni oksid
(2). Olovni oksid zatim reagira sa sumpornom kiselinom i nastaje
olovni sulfat (3). Rezultat ovih reakcija je samopranjenje
negativne ploe. To samopranjenje se kod odreene razine napunjenosti
ujednai s istovremenim punjenjem (4). Navedeni proces se dogaa i
kod klasinih baterija, ali kod njih samo mali dio stvorenog kisika
dospijeva do negativne ploe pa se kisik uglavnom isputa u okolinu,
a na kraju punjenja negativna ploa se dovoljno napuni pa se na njoj
pone u okolni zrak isputati eksplozivni vodik.
Za razliku od klasinih baterija, VRLA baterije su tako
konstrukcijski rijeene da praktiki sav kisik koji se oslobodi na
pozitivnoj ploi dospijeva do negativne ploe gdje se tada odvija
opisani proces rekombinacije. Rezultat tog procesa je taj da se
negativna ploa nikako ne uspijeva napuniti do razine pri kojoj
zapoinje proces oslobaanja vodika. Dok se kod otvorenih ili
klasinih olovnih baterija gubitak vode treba redovito nadomjetati,
kod VRLA baterija to nije potrebno (ni mogue). Zbog toga se za VRLA
baterije kae da su "bez odravanja". Punjenje izvan tono propisanih
naponskih okvira moe ipak uzrokovati pojavu manje koliine
eksplozivnog vodika koji se oslobaa kroz ispuni ventil. U sluaju da
se takvi uvjeti punjenja zadre due vrijeme, doi e do preranog
gubitka kapaciteta akumulatorske baterije. VRLA baterije su
osjetljivije i na poviene temperature okoline, to ima za posljedicu
trajno gubljenje kapaciteta, ovisno o temperaturi i njezinom
trajanju.
Zatvorene olovne akumulatorske baterije su podlone svim
kvarovima koji su mogui i kod klasinih olovnih baterija, ali kod
njih moe doi i do havarije uslijed termikog pobjega, kvara koji
nije svojstven klasinim olovnim baterijama. Termiki pobjeg nastaje
uslijed rekombinacije kisika kroz imobilizirajui elektrolit
(separator). U nenormalnim radnim uvjetima, posebno pri visokim
radnim temperaturama ili previsokom naponu punjenja, zatvorena
baterija se moe zagrijati bre nego to toplinu moe predati okolini.
U tom sluaju e temperatura baterije narasti toliko da e plastina
posuda oslabiti, pui i rastopiti se. tetan utjecaj povienih
temperatura okoline mogue je kod zatvorenih olovnih akumulatorskih
baterija ublaiti temperaturnom regulacijom napona ispravljaa. Budui
da realno nije mogue osigurati da ne doe do neeljenih reima rada u
kojima baterija isputa vodik I kod zatvorenih olovnih baterija je
potrebno predvidjeti minimalno potrebno ventiliranje (najee je
dovoljna prirodna ventilacija). Zbog istog razloga potrebno je
bateriju udaljiti od ureaja koji se pretjerano griju ili iskre.
Prednosti olovnih baterija
1. Jeftina i jednostavna izrada - po cijeni po W-ima je
najjeftinija 2. Stara dobro znana tehnologija - kada se koristi
ispravno moe dugo trajati 3. Relativno nisko samopranjenje u odnosu
na druge baterije 4. Niski zahtjevi odravanja - nema memorijskog
efekta, nema dopunjavanja elektrolita Nedostaci
1. Uvijek se mora uvati u napunjenom stanju, u protivnom stvara
se sulfat 2. Najmanji kapacitet po kilogramu i volumenu u usporedbi
s novijim vrstama baterija 3. Ne omoguuje brzo punjenje - vrijeme
punjenja je 3-6 sati4. Na niskim temperaturama ima smanjen
kapacitet.
5. Manje je tetna za okoli od NiCd, ali su olovo i elektrolit su
tetni za okoliPosljednjih dvadeset godina dolo je do naglog
tehnolokog napretka u proizvodnji akumulatorskih baterija. Razlog
za to je brzi razvoj sofisticiranih elektronikih ureaja i mobilnih
telekomunikacija. Za te primjene se danas najee koriste suhe
akumulatorske baterije Li+ (litij-ion), Li-polimer (Li-poly),
Li-ionpolimer (Li-ion-poly) i NiMH (nikal-metal-hibrid). Meutim, za
primjene kod kojih su akumulatorske baterije u pravilu velikih
kapaciteta (od nekoliko desetaka do vie od sto Ah), u komercijalnoj
upotrebi su i dalje najee olovne ili NiCd akumulatorske baterije.
Ipak, danas ve postoje pokuaji koritenja NiMH i Li-ion
akumulatorskih baterija i za te primjene. Najsvjeiji primjer je
Li-ion akumulatorska baterija od 210 Ah proizvednje SAFT.Prva
zamjena za olovne baterije bile su NiCd (nikal-kadmij) baterije i
one predstavljaju temelj dananjem poimanju punjivih baterija.
Tehnologija alkalnih Nikal baterija zapoela je 1899. kada je
Waldmar Jungner izumio NiCd bateriju. Materijal za izradu je bio
skup u usporedbi s drugim baterijama u to vrijeme to je ograniilo
upotrebu. U 1932. aktivni materijal je stavljen unutar porozne
nikal- ploaste elektrode, a 1947. poinju istraivanja na zatvorenoj
NiCd bateriji koja ponovo vraa unutarnje plinove stvorene za
vrijeme punjenja umjesto da ih puta van. Ovaj nain rada vodi k
modernoj zatvorenoj NiCd bateriji koja se koristi i danas. Kod tih
baterija bitna su redovita duboka pranjenja, u protivnom, veliki
kristali e se formirati na ploama elije (memorijski efekt) i NiCd
baterija e izgubiti kapacitet. NiCd baterija gubi oko 10%
kapaciteta u prvih 24 sata, a dalje svakih mjesec dana oko 10%.
NiCd baterija ostaje popularna za primjene kao: radio stanice,
medicinski instrumenti, video kamere, radni alati. Preko 50% svih
baterija za prijenosne ureaje su NiCd. Meutim, nove tehnologije
baterija sa veim kapacitetom i manje otrovnim metalima polako
potiskuju NiCd.
NiCd baterije koriste luinu kao elektrolit. Elektrolit je
kalijev hidroksid KOH s malim koliinama litij-hidroksida LiOH, koji
mu popravlja karakteristike pri ciklikim optereenjima i visokim
temperaturama. Aktivni materijal je nikal hidroksid (NiOOH) na
pozitivnoj i kadmij (Cd) na negativnoj elektrodi. Elektrolit slui
samo za prenoenje elektrikih iona izmeu elektroda i ne sudjeluje
(kao kod olovnih baterija) u kemijskom procesu. Stoga se tijekom
punjenja i pranjenja ne mijenja gustoa elektrolita. Kod NiCd
baterija gustoa elektrolita je u rasponu od 1,16 do 1,25. Vee
gustoe se primjenjuju za primjene pri niim temperaturama. Jedan od
nedostataka NiCd baterija je nizak napon otvorenog kruga (1.2V) te
relativno visoki naponi punjenja i odravanja.
NiCd akumulatorske baterije se, danas takoer, izvode "otvorene"
ili "zatvorene" (ventilom regulirane). Iako su otvorene i zatvorene
NiCd akumulatorske baterije izvedbom mnogo slinije nego otvorene i
zatvorene olovne akumulatorske baterije razlika izmeu tih dviju
izvedbi NiCd akumulatorskih baterija je, takoer, u tomu to u
zatvorene NiCd akumulatorske baterije nije potrebno (ali je mogue
za razliku od olovnih zatvorenih akumulatorskih baterija) povremeno
dolijevati vodu.
Zatvorene ventilom regulirane NiCd akumulatorske baterije
pojavile su se devedesetih godina prolog stoljea. One u normalnim
uvjetima rada (napon punjenja 1.42 V/l. I temperatura od +10 do
+30C) ne zahtijevaju odravanje (dolijevanje vode). Proizvode se do
veliine od cca 500 Ah, a specifina teina elektrolita im je 1,16.
Takav elektrolit sadri dovoljnu rezervu vode i dolijevanje u
normalnom reimu rada nije potrebno.
Za optimalno iskoritenje, akumulatorsku bateriju treba odravati
na temperaturi okoline od 15C do 25C. Sve su akumulatorske baterije
osjetljive na visoke temperature. Duim radom na povienoj
temperaturi znatno se skrauje ivotni vijek baterije. Niske
temperature manje imaju utjecaj na skraenje ivotnog vijeka baterija
od visokih temperatura, ali niske temperature usporavaju kemijske
reakcije te privremeno smanjuju raspoloivi kapacitet akumulatorskih
baterija. NiCd baterije su otpornije na ''visoke'' temperature od
olovnih. Tako se npr. ivotni vijek NiCd baterije skrati pri
temperaturi 32C za priblino 20%, a olovne baterije za priblino 50%.
Pored toga se NiCd baterija nee unititi pri znatno niskim
temperaturama uslijed smrzavanja. Iskoristivi kapacitet NiCd
baterija je, takoer, pri niskim temperaturama za priblino 60% vii
nego u sluaju olovnih baterija. Da bi se ograniilo razvijanje
plinova i isparavanje elektrolita te na taj nain usporilo njihovo
ubrzano starenje pri visokim temperaturama potrebno je napone
odravanja zatvorenih olovnih akumulatorskih baterija mijenjati u
ovisnosti o temperaturi baterije. To se postie upotrebom ispravljaa
koji imaju mogunost temperaturne regulacije napona punjenja.
Olovne baterije mogu izdrati veliki broj kratkih ciklusa
pranjenja. Meutim, one su sve osjetljive na duboka pranjenja. Pri
tom je vano naglasiti da ponekad kratki I neprimjetni padovi napona
mogu teret prebaciti s ispravljaa na bateriju te ju cikliki
optereivati. NiCd baterije mogu izdrati veliki broj ciklusa dubokog
punjenja i pranjenja. Starenjem aktivnog materijala, zbog
rekristalizacije, dolazi do smanjenja mogueg broja ciklusa. Kako bi
se poveale sposobnosti pri ciklikim optereenjima NiCd
akumulatorskim baterijama se u elektrolit (KOH) dodaju vee koliine
LiOH.
Prekoraenjem napona punjenja ili odravanja iznad vrijednosti
dovoljne za nadoknaivanje samopranjenja akumulatorske baterije
uzrokovat e pojavu prevelike struje punjenja, poveano isplinjavanje
i pojavu korozije pozitivne elektrode. Najbolji je napon dovoljan
da baterija ostaje potpuno puna, a da se pri tom stvara najmanje
plinova i korozije. Taj napon propisuje proizvoa baterije. Spajanje
vie lanaka baterije u seriju esto dovodi do toga da se pojedini
lanci, uslijed rasipanja napona, pune i odravaju razliitim
naponima. Rasipanje je najvee kod novih akumulatorskih baterija te
se postupno smanjuje i stabilizira u prvim mjesecima eksploatacije.
Brzina stabilizacije i konano rasipanje napona meu lancima ovise o
kvaliteti akumulatorske baterije. Napon punjenja i odravanja NiCd
baterija je 1.41-1.45 V/l.
Prednosti NiCd baterija:1. Brzo i jednostavno punjenje 2. Veliki
broj ciklusa punjenja-pranjenja (preko 1000 ciklusa) 3. Dobre
mogunosti pri velikim optereenjima 4. Dugo vrijeme skladitenja u
bilo kojem stanju napunjenosti 5. Jednostavno uvanje i transport
(veina zranih kompanija prihvaaju bez posebnih dozvola) 6. Dobre
karakteristike na niskim temperaturama 7. Vie od bilo koje druge
baterije podnosi nebrigu oko odravanja 8. NiCd je najjeftinija
baterija po jednom ciklusu 9. Dostupna u raznom oblicima i
izvedbama
Nedostaci: 1. Relativno mali kapacitet u usporedbi s novijim
baterijama 2. Memorijski efekt - NiCd treba periodino puniti i
prazniti za dugi radni vijek 3. Loa za okoli - NiCd sadri opasne
metale 4. Ima relativno veliko samo pranjenje - zahtjeva punjenje
nakon skladitenja
Istraivanja NiMH baterija zapoinju 1970-ih traenjem naina za
skladitenje hidrogena u Nikal Hidrogen bateriji. Danas, Nikal
Hidrogen baterije se uglavnom koriste za satelite zbog skupoe. U
ranim danima eksperimentiranja sa NiMH baterijama, metal-hidrid
legura je bila nestabilna unutar elije i nisu se mogli postii
zadovoljavajui rezultati. To je usporilo razvoj baterije. Nova
hidrid legura je razvijena u 1980-tim i bila je stabilna dovoljno
za koritenje u eliji. Od 1980-ih, NiMH se konstantno usavrava,
uglavnom u smislu kapaciteta. Za uspjeh NiMH baterija je zasluan
vei kapacitet i koritenje metala koji nisu opasni za okolinu.
Moderna NiMH baterija ima 40% vei kapacitet od NiCd i postoji
potencijal za jo veu razliku, a bez nekih negativnih pojava. NiMH i
NiCd baterije imaju izraeno samopranjenje. Samopranjenje NiMH
baterije je oko 1.5-2 puta vee. Odabir legure koja reducira
koroziju smanjuje samopranjenje ali i kapacitet. NiMH baterije
zamjenjuju NiCd baterije na tritu ponajvie zbog ouvanja okolia.
NiMH baterija se u zadnjih nekoliko godina usavrila, ali se smatra
prijelaznim rjeenjem prije Litijskih tehnologija baterija.
Prednosti NiMH baterija:1. 40 - 50 % vei kapacitet od NiCd, a
postoji potencijal za jo veu razliku 2. Manje izraen memorijski
efekt 3. Jednostavno skladitenje i transport 4. Ouvanje okolia -
prihvatljiva baterija za okoli i recikliranje
Nedostaci: 1. Krai vijek trajanja 2. Manja struja pranjenja 3.
Sloenije punjenje i dulje vrijeme punjenja 4. Jako samopranjenje -
oko 50% vee samopranjenje od NiCd baterija. Nova poboljanja su
smanjila taj problem, ali i kapacitet. 5. Vea osjetljivost na niske
temperature6. Oko 20% skuplja od NiCd baterija, ali se razlika
smanjuje s poveanjem proizvodnje
Glavni proizvoai Nikal metal hidrid (NiMH) baterija za vozila su
japanski Panasonic i Sanyo, te ameriki Ovonic, Johnson Controls i
Cobasys.. Postoje dvije vrste NiMH baterija, valjkaste i
prizmatine. Kemijski proces je isti u oba sluaja, odabir je na
proizvoaima. Standardna specifina energija NiMH baterija iznosi 80
Wh/kg, a specifina snaga 200 W/kg. Jedan od lidera na tritu Ovonic
je predstavio NiMH bateriju specifine snage 600 W/kg, a strunjaci
te tvrtke vjeruju da e u budunosti dostii i 1000 W/kg. U Toyoti
Prius se nalazi 228 1.2 V elija koje su spojene u seriju, a
smjetene su u 38 NiMH baterija.
Rad na litijskoj bateriji zapoinje 1912. G.N. Lewis, ali
komercijalno je dostupna tek od 1970. kao baterija koja se ne puni.
Nakon velikih istraivanja na punjivim litijskim baterijama za
vrijeme 80-ih godina, otkriveno je da ciklusi stvaraju promjenu na
litijskoj elektrodi. Te pojava uslijed rada i troenja smanjuje
temperaturnu stabilnost i uzrukuje sigurnosne probleme. Kada se to
desi, temperatura brzo dosee toku taljenja koja rezultira
eksplozivnu reakciju. Zbog takvih nestabilnosti litija, posebno za
vrijeme punjenja, istraivanja su prebaena na litij ion baterije.
Sony je 1991. komercijalizirao prvu Li-ion bateriju. Danas je
Li-ion baterija koja obeava najvie. Litij je najlaki metal, ima
odlian elektro-kemijski potencijal i omoguuje najvei kapacitet po
teini. Punjive baterije koje koriste litijevu anodu (negativan pol)
omoguuju veliki radni napon i odlian kapacitet koji nadmauje sve
ostale baterije. Kapacitet Li-ion baterije je duplo vei u odnosu na
NiCd, a poboljanja koja su mogua obeavaju tri puta vei kapacitet.
Li-ion je baterija bez odravanja to se ne moe tvrditi za ostale
vrste baterija. Nema memorijskog efekta i samopranjenje baterije je
duplo manje od NiCd baterija.
Litij-ionska baterija (Li-Ion) predstavlja vei korak u evoluciji
punjivih baterija. Budui da kao osnovnu aktivnu tvar koristi litij,
jedan od najlakih metala, ova vrsta baterije odlikuje se vrlo malom
masom. Jedna od najveih prednosti joj je vrlo velika gustoa
energije, ak dvostruko vea od tipine NiMH baterije, a odlikuje je i
tri puta vei nazivni napon od niklenih baterija (3.6 V u odnosu na
1.2 V).
Osim ovih prednosti Li-Ion baterije imaju i svoje probleme. Za
rad trebaju elektroniku koja titi svaku eliju od prevelikog ili
preniskog napona i prevelike struje pranjenja ili punjenja i
previsoke temperature. Njen relativno dug ivotni vijek moe biti
skraen starenjem baterije i bez njene upotrebe, to je znatno
naglaenije nego kod baterija na bazi nikla. Tvornice stalno
poboljavaju Li-ion baterije, te se svakih 6 mj. pojavi nova
vrsta.
Veina litij-ionskih baterija (Li-ion) koje se koristi u
elektronikim ureajima su litij-kobalt-oksid baterije (LiCoO2).
Ostale varijante litij-ionske baterije su litij-mangan-oksid
(LiMn2O4) i litij-nikal-oksid (LiNiO2). Baterije su nazvane po
materijalu koji se koristi za katode, anode su najee od ugljika,
dok se razni elektroliti koriste. LFP (LiFePO4) je otkrio John
Goodenough i njegov istraivaki tim sa Sveuilita Texas 1996. godine
kao katodni materijal za punjive litijske baterije. Zbog svoje
niske cijene, netoksinosti, raspoloivosti eljeza, izvanredne
toplinske stabilnosti, sigurnosnih karakteristika, dobrih
elektrokemijskih svojstava i visokog specifinog kapaciteta (170
mAh/g odnosno 610 C/g) je ubrzo prihvaena, ali kljuna prepreka
komercijalizaciji bila je njegova niska elektrina vodljivost. Ovaj
problem je djelomino prevladan smanjivanjem veliine estica i
oblaganjem LiFePO4 estica vodljivim materijalima kao to su ugljik,
a dijelom upotrebom materijala kao to su aluminij, niobij i
cirkonij.
Prednosti Li-Ion baterija: 1. Veliki kapacitet uz mogunost za
daljnje poveavanje 2. Nisko samopranjenje - upola manje nego kod
NiCd 3. Bez odravanja - nema memorije i potrebe za periodikim
punjenjem
Nedostaci:1. Zahtijeva elektroniku - elektronika titi od visokog
napona, struje, temperature 2. Treba izbjegavati dugo skladitenje
jer stari i bez koritenja 3. Ograniena struja pranjenja 4.
Problematian transport - zbog potencijalne opasnosti od eksplozije
5. Skupa za proizvodnju - oko 40% skuplja od NiCd 6. Nije dokraja
razvijena - jo uvijek se radi na usavravanju Sljedei korak u
razvoju baterija na bazi litija predstavlja Li-Poly (litij-polimer)
baterija. Ova vrsta vrlo je slina Li-Ion bateriji, s kojom dijeli i
veinu znaajki, ali se razlikuje po svome elektrolitu. Elektrolit
baziran na polimeru omoguuje joj osobinu koja je gotovo nezamisliva
kod ostalih navedenih vrsta. Radi se o mogunosti gotovo potpuno
proizvoljnog oblikovanja baterije, ak i u vrlo tanke oblike.
Originalna izvedba je nastala u 1970-im, a koristila je suhi
polimerski elektrolit koji izgleda kao plastina folija i ne provodi
struju, ali doputa izmjenu iona. Polimerski elektrolit zamjenjuje
tradicionalni porozni separator koji je natopljen elektrolitom.
Suhi polimer prua jednostavnost i sigurnost, te nema opasnosti od
vatre ili eksplozije. Li-polimer baterije su stabilne i imaju vei
kapacitet od Li-ion baterija. U ovom trenutku to je tehnologija
koja najvie obeava. Nedostaci u odnosu na Litij-ionsku bateriju su
prije svega krai ivotni vijek (priblino jednak NiMH bateriji), te
vea osjetljivost na niske temperature.Tehnologije
budunostiTehnologije koje se danas intenzivno istrauju, a u
budunosti e vjerojatno biti primjenjive za akumulaciju energije
su:
- gorive elije,
- superkondenzatori,
- nuklearne baterije
- bio-baterije
Superkondenzatori, koji se ve danas mogu nabaviti u
komercijalnoj ponudi, su kondenzatori iji kapacitet dosee i do cca
tri tisue farada. Oni omoguuju vieminutno rezervno napajanje trajne
potronje od oko 10 A te su namijenjeni za kratkotrajna napajanja u
sluaju nestanka napona. Pogodni su za izuzetno brza punjenja i
pranjenja (specifina snaga do 9000 W/kg), ali za sad imaju
relativno malu specifinu energiju pranjenja (oko 6 Wh/kg). Takoer
imaju relativno dug ivotni vijek. U budunosti se oekuje poveanje
nazivnog napona lanka (sada iznosi cca 2,5 V), te poveanje
specifine snage i energije, a smanjenje cijene.
Nuklearne baterije energiju proizvode raspadom radioaktivnih
tvari (tricij ili polonij) tzv. betagalvanskim nainom. Iako su
poznate ve vie od 50 godina, zbog male energije koja se tim putem
mogla dobiti, njihova iskoristljivost je bila mala. Istraivai iz
amerikog sveuilita Rochester razvili su novu tehnologiju
proizvodnje koja e omoguiti da nuklearne baterije traju
desetljeima. Zbog visoke cijene I sigurnosnih razloga, danas, te
baterije nisu pogodne za masovniju proizvodnju, ali se ve koriste u
ekstremnim uvjetima i na teko pristupanim mjestima. Danas se jo
istrauje i upotrebljivost bio-baterija iz organskih tvari uz pomo
bakterija i enzima za proizvodnju elektrine energije. Znanstvenici
predviaju da e izgaranje 50 g eera biti dovoljno za osam satno
napajanje arulje od 40 W.
Ostale elektrine komponente hibridnih mobilnih sustava su dobro
razvijene, tako da ne koe razvoj elektrodizel traktora. Iskustva s
cestovnim elektrohibridnim vozilima pokazuju da bi trofazni
elektrini sustavi sa 12, 24 i 220 (380) V mogli biti prihvatljivi i
za elektrodizel traktore. Najpogodniji elektrini agregati (motori i
generatori) za ove sustave jesu asinkroni viefazni strojevi
izmjenine struje koji su dostupni na tritu. Slina je situacija i s
drugim neophodnim komponentama sustava kao to su pretvarai struje,
punjai baterija, ureaji za hlaenje baterija itd. Za potrebe
automobilske tehnike razvijene su komponente sistema elektronskog
upravljanja, kao to su senzori, aktivatori i kontroleri, koji se
mogu iskoristiti i za razvoj elektrohibridnih traktora. Osim toga,
razvijeno je i podruje softvera za potrebe energetskog menadmenta u
elektrinim sistemima vozila.
Za razliku od traktora, automobilska tehnika je odmakla u
koritenju hibridnih pogona, tako da se ve vie godina unazad
serijski proizvode elektrohibridni putniki automobili.Dostignua u
automobilskoj tehnici mogu biti koristan putokaz ka razvoju
hibridnih traktora, ali pri tome treba imati na umu da su hibridni
automobili nastali na osnovu velike mogunosti rekuperacije
energije, to traktori nemaju, i iz ekolokih razloga, koji se, kada
su traktori u pitanju, zasada jo ne potenciraju u velikoj mjeri.
Pogon na gorive elije - vodikGoriva elija proizvodi elektrinu
energiju kombiniranjem vodika i kisika u kemijskoj reakciji. Radi
se o vrsti minijaturne elektrane. Budui da elija goriva direktno
proizvodi elektrinu energiju, bez izgaranja vodika, ista je i vrlo
uinkovita. Teoretski gorive elije mogu pretvoriti 83% energije
vodika u elektrinu energiju, to je vrlo velika uinkovitost u
usporedbi s maksimalno 30-40% kod motora SUI. Nadalje, u osnovi,
elija goriva ne proizvodi CO2 ili tetne plinove, jer je njen jedini
nusprodukt voda.
Nekoliko je osnovnih mogunosti za primjenu gorivih elija kao
dijela pogonskog sustava vozila:- gorive elije slue kao osnovni
izvor energije za pogon elektromotora, dok je dodatni akumulator
potreban samo za paljenje (kao kod motora s unutarnjim
izgaranjem)
- gorive elije slue za pokrivanje osnovnih, a baterije za
pokrivanje vrnih pogonskih optereenja pri pogonu elektromotora
(tzv. hibridna paralelna izvedba, jer gorive elije i baterije rade
usporedno)
- gorive elije slue za punjenje baterija koje su osnovni izvor
energije za pogon elektromotora (tzv. hibridna serijska izvedba,
jer gorive elije napajaju baterije, a one pokreu motor)
- gorive elije slue samo kao pomoni izvor energije (npr. za
elektrini sustav), dok se pogon moe izvesti na bilo koji drugi nain
(prikladno npr. za hladnjae s velikom potronjom elektrine energije
za pogon rashladnog i klimatizacijskog sustava).Postoji nekoliko
vrsta gorivih elija, a razliiti tipovi gorivih elija nazvani su
prema vrsti koritenog elektrolita:
Gorive elije s alkalnim elektrolitom - Alkaline Fuel Cell
(AFC)
Gorive elije s fosfornom kiselinom - Phosphoric Acid Fuel Cell
(PAFC)
Gorive elije s polimernom membranom - Proton Exchange Membrane
Fuel Cell (PEMFC)
Gorive elije s rastaljenim karbonatima - Molten Carbonate Fuel
Cell (MCFC)
Gorive elije s vrstim oksidima - Solid Oxide Fuel Cell
(SOFC)
Prema radnoj temperaturi ih dijelimo na nisko (AFC, PEMFC),
srednje (PAFC) i visoko temperaturne gorive elije (MCFC, SOFC). Za
sada se u vozilima primjenjuju gorive elije s polimernom membranom
(PEMFC), a jo se nazivaju i gorive elije s membranskom razmjenom
protona. One pretvaraju kemijsku energiju koje se oslobaa tijekom
elektrokemijske reakcije vodika i kisika u elektrinu energiju.
Pozitivni vodikovi ioni (protoni) prelaze kroz polimerni elektrolit
od anode do katode, dok elektroni putuju od negativne do pozitivne
elektrodegorive elijei tako stvaraju elektrinu energiju. Atomi
vodika koji su ostali bez elektrona postaju ioni vodika i putuju
kroz membranu elektrolita polimera kako bi doli na pozitivnu
stranu. Tamo se, uz pomo katalizatora na pozitivnoj elektrodi, ioni
vodika i elektroni spajaju s kisikom iz vode. U radu membrana mora
provoditi samo pozitivne ione (protone), ali ne i negativne
(elektrone), jer bi to dovelo do kratkog spoja gorive elije.
Membrana takoer ne smije dopustiti prolaz plinova na drugu stranu
elije. PEMFC radi na niim temperaturama (50-100 C) koje omoguuju
mobilnu primjenu u vozilima, kao i druge mobilne aplikacije svih
veliina zbog svoje kompaktnosti.
Najvei problem u razvoju primjene gorivih elija za pogon vozila
predstavljaju slabe mogunosti za opskrbu vodikom. Zbog toga svi
vodei proizvoai razmatraju drugaiji nain opskrbe vodikom, to jest
integraciju gorivih elija sa sustavom (reformerom) za dobivanje
vodika ili vodikom bogatog plina iz drugih, raspoloivih goriva. S
obzirom na razvijenu infrastrukturu istie se benzin, no on pak nije
prikladan za reformiranje. Proizvoai goriva stoga trae druge
mogunosti za primjenu u gorivim elijama, primjerice hidrotretiranu
naftu, hidrokrekate, alkilate/izomerate ili ukapljena goriva
dobivena od prirodnog plina. Takoer je mogua primjena metanola,
odavno poznatog kapljevitog goriva (uz to i biogoriva') koje je
jednostavno za reformiranje.
Unato oitoj prednosti - mogunosti uporabe uobiajenih,
kapljevitih goriva ime se rjeava problem opskrbe vodikom i njegove
pohrane u vozilu, primjena reformera ima i nekoliko osnovnih
nedostataka:
- ipak dolazi do tetnih emisija, iako su one gotovo zanemarive
("ultra-male")
- smanjuje se uinkovitost cijelog pogonskog sustava
- poveava se sloenost, veliina, masa i cijena pogonskog
sustava
- reformer zahtijeva odreeno vrijeme zagrijavanja za poetak
proizvodnje vodika (15 do 30 min) to se, dodue, moe rijeiti
primjenom hibridnih izvedbi
- dugorono gledano, neistoe iz goriva nepovoljno djeluju na
reformer, a dodatni produkti reformera na gorive elije (o emu jo
nema dovoljno podataka).
Na meunarodnom sajmu poljoprivrednih strojeva SIMA u Parizu
2009. godine New Holland je predstavio prototip traktora s gorivim
elijima NH2 koji se temelji na seriji NH traktora T6000, ali
umjesto standardnog dizel motora ima dva elektromotora snage 106
KS. Komprimirani vodik iz spremnika traktora reagira s kisikom iz
zraka u gorivim elijama koje proizvode strujuThe electrons are
harnessed in the form of an electric current, which drives electric
motors to power the tractor's drivetrain and auxiliary systems. za
pogon elektromotora od kojih prvi pogoni kotae, a drugi prikljuno
vratilo.
Koncept energetski nezavisne farme Trokovi goriva predstavljaju
znaajan udio poljoprivrednih trokova. Vjeruje se da e vodikova
tehnologija omoguiti poljoprivrednicima nezavisnost u opskrbi
energijom, koja bi se mogla koristiti u raznim samokretnim
poljoprivrednim strojevima. ENF koncept predvia vlastitu
proizvodnju komprimiranog vodika iz vode i skladitenje vodika na
farmi. Pomou struje proizvedene putem vjetroelektrana i solarnih
panela ili iz biomase i bioplina bi se procesom elektrolize dobivao
vodik.
Specijalne izvedbe traktoraTraktori gusjeniari
O prvom spomenu izraza gusjenica (na engl. caterpillar) za
traktore postoje najmanje dvije prie. Amerika kae da je ime prvi
put upotrijebio Charles Clement, ameriki fotograf kojeg je unajmio
Benjamin Holt za izradu arhivskih snimki prototipa njegova traktora
s gusjenicama. Britanci tvrde da je 1907. godine za vrijeme
predstavljanja rada Hornsbyjeva parnoga traktora gusjeniara za
vojne svrhe neki britanski vojnik naveo da ga kretanje elinih ploa
povezanih u traku koje se pokreu pomou pogonskih kotaa podsjea na
kretanje gusjenice. Kako god bilo, novost je brzo prihvaena jer je
omoguivala dobro praenje tla te vonju i izvrsnu vuu i po neravnom i
mekom terenu, gdje bi drugi strojevi prije stali i zapeli.Traktori
s gusjenicama se danas u poljoprivredi koriste pri operacijama gdje
je potrebna velika vuna snaga, smanjeno zbijanje tla i u tekim
uvjetima u kojima traktori s kotaima ne mogu raditi..
Prema materijalu izrade razlikujemo dvije vrste gusjenica:
metalne i gumene.
Gumene gusjenice poelo se ugraivati na traktore prije dvadesetak
godina i one se danas veinom koriste na poljoprivrednim traktorima,
dok se metalne gusjenice koriste na nekim izvedbama voarskih i
vinogradarskih traktora manjih snaga, te veim traktorima za
meliorativne zahvate.
Prema konstrukciji gusjeninog pogona razlikujemo traktore s
krutim gusjenicama i traktore s balansirnim gusjenicama. Prema
broju gusjenica razlikujemo traktore s dvije i traktore s etiri
gusjenice.Osnovni dijelovi ureaja za vonju traktora s gusjenicama
su:
gusjenice
pogonski lananici
vodei lananici
nosei valjci
vodei valjciUpravljanje kod starijih izvedbi traktora s
gusjenicama se vrilo koenjem jedne gusjenice ili iskljuivanjem
spojke kojom se pogoni ta gusjenica (lijeva ili desna), a kod
novijh se vri hidrostatskim upravljanjem. Koenje traktora
gusjeniara vri se primjenom konih ureaja u transmisiji odnosno
prijenosu zakretnog momenta na pogonske lananike. Manje intenzivno
koenje se vri s ukljuenim pogonom, a jae intenzivno s iskljuenim
pogonom.
Prednosti traktora s gusjenicama:
Ostvaruju bolji kontakt s podlogom
Manje klizanje (rijetko prelazi 5%)
Ostvaruju vee vune sile (pri istoj masi traktora)
Manji specifini tlak na tlo (manje zbijanje tla)
Mogu raditi u teim uvjetima
Nedostaci: Ne mogu se voziti po javnim putovima, potreban
transport prikolicom (metalne gusjenice)
Ostvaruju manje brzine kretanja (metalne gusjenice 15 km/h,
gumene gusjenice 25 - 40 km/h, traktori s kotaima 60 km/h)
Vea buka i vibracije (metalne gusjenice), a neto manja kod
gumenih gusjenica
Visoka cijenaTraktori za nagnute terene
Traktori za nagnute terene jo se nazivaju i brdski traktori.
Karakterizira ih niski klirens i iroki razmak kotaa ime se dobiva
niski poloaj teita to im omoguuje rad na velikim nagibima na kojima
traktori klasine izvedbe ne mogu raditi.
Motorna vozila s karakteristikama traktora
Motorna vozila s karakteristikama traktora imaju mogunost
prikljuivanja velikog broja prikljunih strojeva i orua, a najvie se
koriste u odravanju prometnica i komunalnim djelatnostima.
Objedinjuju karakteristike traktora i kamiona tako to imaju sanduk
za teret s mogunou kipanja kao kamioni, ali i prednje i stranje
prikljuno vratilo i trozglobnu poteznicu kao traktori. Uz to, imaju
veliki raspon brzina kretanja, od punih traktorskih brzina do
cestovnih brzina od 90 km/h. Manje dimenzije od standardnih kamiona
i stalan pogon na sve kotaa omoguavaju dobre vozne karakteristikame
u svim uvjetima.
Prema odluci Saveznika, prvo vrijeme nakon Drugog svjetskog rata
jakoj vojnoj industriji motornih vozila u Njemakoj dozvoljeno je da
se bavi jedino proizvodnjom poljoprivrednih strojeva. Dipl. in.
Albert Friedrich koji je tijekom rata radio na konstrukciji
avionskih motora u Daimler-Benzu tu je uvidio svoju ansu. Razvojni
cilj koji je tada, 1945. godine, postavljen bio je da vozilo moe
proi stazama kojima bi inae mogao da proe jo jedino konj. Koncept
je predstavljen nadlenim anglo-amerikim vlastima 9. listopada 1945,
koje su zatim izdale dozvolu za izradu 10 eksperimentalnih
vozila.Prva vozila su opremljena benzinskim motorima, a prva asija
je bila sposobna za vonju godinu dana kasnije, 9. listopada 1946.
Dan kasnije predstavljena je u mjestu Schwbischen Gmnd, dok je u
studenom ve bila opremljena kabinom i tovarnim sandukom. Vozilo je
nazvano Unimog, a naziv dolazi od kratica njemakih rijei za
univerzalno motorno orue " UNIversal-MOtor-Gert.
Konstrukcija Unimoga se moe za ono vrijeme oznaiti kao
revolucionarna. Za ono vrijeme su ogibljene osovine, pogon na sva
etiri kotaa, diferencijali s ureajem za blokiranje, uravnoteena
raspodjela optereenja, hidrauliki sustav koenja na sva etiri kotaa,
tri prikljuna vratila za odvoenje snage, zatvorena kabina i tovarni
sanduk, u vozilu koje je uz skromnu snagu od 25 KS moglo razviti
brzinu od 50 km/h, predstavljali tehniku senzaciju za stroj koji je
osmiljen prvenstveno za poljoprivredu, ali s dalekom vizijom da bi
se posle ublaavanja reima sankcija prema Njemakoj mogao koristiti i
u vojsci. Prve test-vonje koje su poele 1947. ukazale su na
vrhunske kvalitete Unimoga u odnosu na dotadanje poljoprivredne
strojeve. Unimog je savladavao uspone koje nijedan traktor nije
mogao i vukao plug po obradivim povrinama koje su do tada bile
nepristupane. Nijedan do tada poznati poljoprivredni stroj nije
uspenije vukao dvije natovarene prikolice. Iste godine osmiljen je
i prvi prikljuni stroj za Unimog. Bila je to etelica, prethodnica
oko 2000 razliitih strojeva i orua koja su do danas namjenjeni ovom
vozilu.
U Frankfurtu je 1948. godine predstavljen Unimog U 25 s
Daimler-Benzovim dizel motorom snage 25 KS. I pored, za ono vrijeme
vrlo visoke cijene od 13.800 DEM, za koju je inae bilo mogue kupiti
tri obina traktora, pobudio je veliki interes, ne samo meu
poljoprivrednicima, ve i u industriji, komunalnim poduzeima,
vatrogasnoj slubi, graevinarstvu i vojsci. Slijedee godine je
uslijedila serijska proizvodnja u firmi Boeringer. Meutim, kako je
rasao interes za Unimog u razliitim privrednim granama Njemake, ali
i kako su uslijedile narudbe vicarske i francuske vojske, tako je i
Daimler-Benz bio sve vie zainteresiran da preuzme njegovu
proizvodnju. To se i dogodilo u svibnju 1951. kada Daimler Benz
preuzima proizvodnju Unimoga. U to vrijeme Unimog se proizvodio u
tvornici Daimler-Benza u Gaggenau, dok se danas kao dio
Mercedes-Benza proizvodi u postrojenju za kamione Mercedes u Worth
am Rheinu u Njemakoj.
Iako je ve 1966. proizveden 100.000. Unimog, u Daimler-Benzu su
bili svjesni da je njegova primjena u poljoprivredi bila tek
djelimina. Zato su 1972. lansirali MB-trac, koji je predstavljao
kombinaciju Unimoga i klasinog traktora, to znai pogon na sva etiri
kotaa jednake veliine. Od poetna dva modela MB-trac 65 i MB-trac 70
razvila se iroka lepeza modela, koja je ila sve do MB-trac 1800.
Proizvodnja je trajala do 1991. godine.
Unimog se najvie koristi u komunalnim djelatnostima, graevinskoj
i energetskoj industriji, za transport, kao vojno vozilo i u
vatrogasnoj slubi. Iako je prvenstveno perfektan terenac, teite je
prebaeno na upotrebu vozila kao nosaa orua za komunalne
djelatnosti, odravanje i izgradnju ulica i puteva, zatim za
cestovni transport robe brzinom do 85 km/h, raniranje eljeznikih
vagona, ali i rad na terenu u sektoru elektroprivrede, umarstva i
vatrogasne slube.
UTOVARIVAI
Utovarivai slue za utovar razliitih materijala u transportna
sredstva. Ako se umjesto utovarne lopate postavi odgovarajui radni
prikljuak mogu se koristiti i kao viliar, utovariva trupaca i za
druge poslove.
Tipini radni ciklus lankastog utovarivaa na utovaru materijala
sastoji se od 4 polaska iz mjesta, 4 zaustavljanja, i 4 promjene
smjera kretanja:
kretanje neoptereenog utovarivaa naprijed prema materijalu, u 1.
stupnju prijenosa.
Prodiranje lopate u materijal, utiskivanje do dubine potrebne da
se napuni lopata, to kod utovarivaa srednje klase iznosi do 1.5. m.
Vrijeme usporenja iznosi oko 2 sekunde.
- Zatvaranje lopate okretanje, u trajanju od priblino 2.5.
sekunde, pri emu se pretpostavlja da utovariva stoji u mjestu s
automatski iskljuenom transmisijom.
Kretanje unatrag u 1. stupnju prijenosa uz istodobno dizanje
lopate u transportni poloaj (na visinu priblino 450 mm od tla).
Trajanje oko 1.0 sekunde.
Nastavak kretanja unatrag u I. Stupnju prijenosa, za ukupno oko
6 metara, to se moe smatrati srednjim radnim razmakom. Na kraju,
stroj se zaustavlja koenjem.
Kretanje naprijed prema vozilu u 1. stupnju prijenosa, uz
polagano dizanje lopate, s koenjem stroja uz iskljuenje transmisije
na kraju hoda.
Zavretak dizanja lopate na najveoj visini, izravno ispred
vozila. Ukupno trajanje dizanja, od najnie do najvie toke. Iznosi
oko 7 sekundi.
Pozorno istresanje tereta u vozilo troje oko 3.0 sekunde.
Kretanje neoptereenog utovarivaa unatrag na istu udaljenost od 6
metara. Koristi se II. Stupanj prijenosa. Na kraju hoda, uz
automatsko iskljuivanje transmisije, stroj se zaustavlja
koenjem.
Ponovno kretanje neoptereenog utovarivaa naprijed prema
deponiji, u II. Ili I. Stupnju prijenosa.
Podjela utovarivaa
A prema masi, snazi motora, obujmu utovarne lopate:
vrlo laki, do 5 t / do 50 kW / 0.6 1.5 m3*
laki, do 10 t / 50 100 kW / 1.8 2.8 m3 (2.0 m3 lopata ope
namjene)*,
srednji, 10 25 t / 100 200 kW / 2.4 3.1 (3.5) m3*,
teki, 25 35 t / 200 300 kW / 2.7 3.1 (3.5) / 4.0 5.0 m3*,
vrlo teki
ovisi o gustoi tla: vea lopata 1.8 (2.0) t/m3 manja lopata 0.8
(1.2) t/m3;
B prema mjestu utovara, iskopa:
utovarivai s ela
utovarivai sa zakretanjem radnog ureaja za 180 ili 30
utovarivai preko glave (za rad u tunelima, rudnicima i
slino)
utovariva traktorskog tipa s univerzalnom lopatom i dubinskom
lopatom;
C prema vrsti hodnog dijela i pokretaa:
hodni dio na gusjenicama
hodni dio na kotaima;
D prema prijenosu snage na pokretae:
s hidrostatikim prijenosnicima, za lake utovarivae
s hidrodinamikim prijenosnicama, za srednje utovarivae;
E prema koncepciji osnovnog stroja:
s krutim okvirom, na gusjenicama ili kotaima
s lankastim (zglobnim) okvirom, na kotaima;
F prema punjenju utovarne lopate:
- s pasivnom lopatom, slika 5.2. (jedan kruti nosa lopate, najea
primjena)
- s aktivnom lopatom (dvodjelni zglobni nosa). Pasivnu lopatu
puni utovariva kretanjem stroja, sa zadiranjem i zakretanjem
lopate.
5.2. Konstrukcija osnovnog stroja
Okvir utovarivaa i prijenos snage
Okvir lanskog utovarivaa sastoji se iz dva lanka, prednjega i
stranjega. lanci se okvira mogu u radu stroja meusobno
hidrocilindrima zakretati vodoravno oko sredinjega vertikalnog
zgloba 35 (45 ), ime se postie brza okretljivost stroja i skrauje
vrijeme radnog ciklusa. Zakretanje prednjega u odnosu na stranji
lanak obavlja se hidraulinim servoupravljaem. Radni tlak ulja
hidroupravljaa srednje klase utovarivaa iznosi oko 175 bara. Na
prednjem dijelu okvira, s gornje strane, nalaze se ojaanja na koja
se postavlja i uvruje prednji nosa lopate, a s donje je strane nosa
na kojem se postavlja i uvruje prednji pogonski most. Na stranjem
dijelu okvira, s gornj strane, ugrauje se Dieselov motor, a s donje
strane na nosau mosta (6) uvren je stranji pogonski most /bez
klasinog ovjesa), ali tako da ima mogunost pomicanja radi
prilagoavanja terenu (15). Sredinji vertikalni spoj ima dva leita
kojima se spajaju prednji i stranji dio okvira. Izmeu svornjaka i
uica gornjeg leita ugraeni su stoasto-valjani leaji (presjek A-A).
Donji leaj ima kliznu ahuru (presjek B-B). Utovariva ima stalan
pogon na sva etiri kotaa. Transmisija stroja (slika 5.4.). prua
svojstva automatskog prilagoavanja sile vanjskim otporima u rasponu
faktora poveanja zakretnog momenta i promjenu stupnjeva prijenosa
pod optereenjem (Power Shift prijenosnik), kao i ostale znaajke
hidromehanike transmisije. Sustav koenja vozila je dvokruni, s disk
konicama na sva etiri kotaa, ili s uljno-tarnim konicama. Dvije
pedale konica, jedna za normalno koenje, druga lijeva za automatsko
iskljuenje mjenjaa, pri emu se svekolika snaga motora stavlja na
raspolaganje radnom ureaju. Uveden je sustav ogranienja klizanja
kotaa, jer se kotai kod klizanja brzo troe i ne ostvaruju vunu
silu. Kota koji poinje klizati automatski se koi, kako bi se
ostvarilo kotrljanje i realizacija vune sile na podlogu
(elektroniki sustav senzora, regulacija tlaka u sustavu koenja
kotaa).
Kabina utovarivaa
Kabinska utovarivaa podlijee normama sigurnosti zatite
rukovatelja stsroja, SAW i ISO te zakona o zatiti na radu. Izvodi
se zatitna konstrukcija kabine za sluaj prevrtanja i padajuih
predmeta, ROPS i FOPS (ROPS Rollover Protection Structures, prema
kriterijima SAE J394, SAE J1040 i ISO 3471, te FOPS Falling Object
Protective Structure, prema kriterijima SAE J 231 i ISO 3449). Osim
zatite, kabina mora pruati rukovatelju preglednost rada s utovarnom
lopatom. Buka i vibracije motora moraju biti na razini doputenih
vrijednosti 8ISO 6394). Izvodi se ergonomska udobnost sjedala to
osigurava rukovatelju dui rad za ostvarivanje radnog uinka.
Elektroniki sustav praenja parametara stroja Electronic Monitoring
System EMS, dri pod nadzorom sve kritine funkcije (temperatura,
tlak).
5.3. Radni ureaj utovarivaa
Poluni mehanizam
Radni se ureaj utovarivaa sastoji od sljedeih cjelina: nosaa
lopate, polunog mehanizma, utovarne lopate i hidraulike
instalacije. Nosa lopate (tzv. Strijela) je leajima spojen s
podvozjem osnovnog stroja i na gornjem dijelu s utovarnom lopatom.
esto se gradi u obliku slova H od eline zavarene konstrukcije.
Pokree se hidraulikim cilindrima. Zadaa polunog mehanizma je da
osigura radne poloaje utovarne lopate (pri punjenju, podizanju i
pranjenju istresanju). Sastoji se od mehanizama dizanja nosaa
lopate i mehanizma za okretanje utovarne lopate.
Pri razmatranju kinematike mehanizma utovarne lopate rjeava se
problem njezine stabilizacije (odravanje razine poloaja lopate pri
podizanju njezinog nosaa). Budui se poloaj lopate mijenja pri
podizanju nosaa, ne smije dolaziti do ispadanja zemlje iz lopate.
Odravanje poloaja lopate pri dizanju (napunjena lopata s otvorom
prema gore), rjeava se uglavnom na dva naina: mehaniki (kinematski)
ili hidrauliki (putem protoka ulja u hidrocilindre). Kinematski
nain se najee izvodi pomou polunog 4-zglobnoga mehanizma za
zakretanje lopate (Z-kinematika).
Jednostupnjevani poluni mehanizam za okretanje i rad s pasivnom
lopatom (slika 5.5.), sastoji se od nosaa lopate (1), dvokrake
poluge (2) i polugne lopate (3) s jedne i druge strane, meusobno
povezanih poprenim nosaima. Poluni se mehanizam za rad i odravanje
poloaja utovarne lopate razlikuje prema broju zglobova
(jednostupnjevani, jedan etverozglobni mehanizam za okretanje
lopate / pod a., dvostupnjevani, dva etverozglobna mehanizma za
okretanje lopate / pod b), te prema znaaju djelovanja hidraulikih
cilindara na lopatu: izravno cilindri su smjeteni na nosau lopate i
izravno djeluju na okretanje lopate, posredno cilindri su vezani za
osnovni stroj, a njihovo djelovanje se prenosi pomou polunog
mehanizma na okretanje lopate (slika 5.6.).
Hidraulika instalacije
Poveanjem tlaka ulja u hidraulikoj instalaciji od hidropumpe
(3), slika 5.6., te njegovim usmjeravanjem pomou razdjelnika (4) u
odreene radne cilindre (5,8), omogueno je podizanje i sputanje
nosaa, te punjenje i okretanje lopate. Poloaj razdjelnika prua
dodatni tzv. Plivajui poloaj lopate, koji se koristi kod planiranja
tla (umjesto rada s grejderom), kad se utovariva kree unatrag.
Zatvoreni hidrauliki sustav dri kontrolu tlaka ulja (0.8 bara) i
kontrolu podtlaka (0.01 bara). Kod srednje klase utovarivaa tlak
ulja iznosi oko 150 bara, a spremnik ulja do 200 litara. Vrijeme
dizanja lopate iznosi 6 7 sekundi, a istresanje do 1.5.
sekunde.
Sl. 5.5. Poluni mehanizam za okretanje utovarne lopate
A nosa lopate, 2 dvokraka poluga, 3 poluga lopate, 4 hidrauliki
podizni cilindar nosaa, 5 hidrauliki cilindar okretanja lopate, 6
graninik hoda, 7 utovarna lopata, 8 pozicijske ipke, 9 prednji
lanak okvira
Poloaj klipnik razdjelnika:
0 neutralni poloaj
1 zatvaranje lopate (A1) i dizanje nosaa
2 istresanje lopate (B1) i isputanje nosaa (B2)
3 tzv. Plivajui poloaj
Sl. 5.6. Hidraulika instalacija
1 spremnik ulja, 2 usisni grubi proista, 3 zupasta pumpa, 4
razdjelnik ulja, 4.1. glavni sigurnosni ventil, 4.2. razdjelni klip
lopate, 4.3. sigurnosni ventil lopate pri punjenju, 4.4. razdjelni
klip nosaa, 4.5. sigurnosni ventil nosaa, 4.6. sigurnosni ventil
lopate pri pranjenju, 4.7. cilindar brave, 5 radni cilindar nosaa
lopate, 6 razdjelni ventil, 7 brijeg graninika, 8 radni cilindar
lopate, 9 fini proista ulja, 10 prelivni ventil proistaa, 11
sigurnosni ventil spremnika, 12 mjerna okca razine ulja
Utovarna lopata
S obzirom na razliite vrste radova, obino se rabe dvije vrste
utovarnih lopata, bez zubi i sa zubima. Na prednjem kraju lopata je
ojaana bridom noa, a sa strana im abone noeve. Utovarna lopata za
rad u tvrdom i kamenom tlu na prednjoj strani ima ugraene zube,
manjeg je obujma i moe bit izvedena u obliku V-noa radi lakeg
prodiranja. Trea vrsta utovarnih lopata je svestrana lopata
(eljusna), rabi se za raznovrsne lake radove. Utovarna lopata bez
zubi slui za zahvatanje rastresitog materijala(zemlja, pijesak,
ljunak i drugo), za otkopavanje zemlje u lakim kategorijama, te
utovar u transportna sredstva. Svestrana se lopata izvodi tko da
moe posluiti kao utovarna lopata, dozerski no, za utovar trupca,
viljukar i drugo. Spajanje utovarne lopate s mehanizmom radnog
ureaja za dizanje obavlja se hidrauliki to olakava rad pri zamjeni
alatki. Pri iskopu zemlje povoljan je kut utovarne lopate za
kopanje oko 10, to se obiljeava poziciometrima, npr. Mehaniki s
dovoljno poravnatim reperima na hidraulikom cilindru lopate. Izbor
obujma lopate za pojedini utovariva ovisi o gustoi materijala.
Obujam lopate srednje klase utovarivaa iznosi 2.5. 3.5. m3.
Utovarne se lopate izrauju od elinih limova zavarene
konstrukcije. Na prednju se stranu noa privruju ili zavaruju
adapteri zubi na koje se postavljaju i zabravljuju zubi od
ispadanja, te ponekad otrice meuzublja. U ovisnosti od sile
smicanja utovarivaa i vrste tvrdoga slabo vezanog tla, postavljaju
se zubi odgovarajuih dimeznija i oblika zubi, kojima se smanjuje
otpor rezanja. Nedovoljan razmak izmeu zubi poveava otpor rezanja,
a optimalan razmak smanjuje te zatiuje otrice noa od brzog troenja.
Otrice noa izmeu zubi slue zavretku faze rezanja.
