СВВП Братухина. 4хНК-12+электротрансмиссия. Проект. — Безумная авиация — LiveJournal
?
| |||||||||
Опережая время. Трактор «Беларус-3023» с электротрансмиссией «Русэлпром»
Автомобилестроение медленно, но верно переходит на гибридные и полностью электрические машины. Не исключением является и сельскохозяйственное машиностроение. Американская компания John Deer выпустила серию тракторов с электроприводом еще в 2013 году. За ней последовала немецкая Claas. Это признанные лидеры рынка, и на них ориентируются остальные. Жаль, что мало кому известно, что «Русэлпром» совместно с Минским тракторным заводом разработали первый в мире гибридный трактор еще в 2009 году, и получил на Международной выставке Agritechnica-2009 в Ганновере за эту разработку серебряную медаль. Мы традиционно были первыми в разработке, но переход к серийному производству затягивается.
Подробнее о судьбе проекта трактора «Беларус-3023» с электротрансмиссией «Русэлпром» рассказывает главный конструктор электропривода транспортных средств ООО «Русэлпром» Станислав Флоренцев
Как все начиналось
В 2005 году, работая еще не в «Русэлпроме», я уже занимался разработкой электроприводов транспортных средств. Мы тогда разрабатывали тяговый привод для большегрузных карьерных самосвалов, делали также проекты для гособоронзаказа. Тогда же я познакомился с бывшим генеральным конструктором Минского тракторного завода академиком И.П. Ксеневичем. Он, зная о наших работах в области электроники, предложил нам подумать о том, чтобы оснастить элеткротрансмиссией трактор «Беларус» — очень тяжелую с точки зрения управления машину, которая сейчас имеет механическую коробку передач — 24 ступени вперед и 12 назад — и работает порой в самых тяжелых условиях, с различными навесными орудиями, с различным сопротивлением со стороны дороги и со стороны поля.
Орудия могут навешиваться и сзади и спереди, т. е. есть у трактора передний вал отбора мощности. Задача была поставить туда коробку передач, которая будет автоматически, без перерыва потока мощности, переключать необходимые режимы работы, обеспечивать равномерность хода на любой поверхности. Проблема была поставлена, команда проблему решила. Мы создали первый прототип такого трактора, испытали его на стенде.
У первого трактора была немного другая схема. У него было два мотор-колеса на заднем мосту, один двигатель на переднем мосту и дизель. Но в 2006 году проекты по тяговым приводам на том предприятии были закрыты, а мне вместе с командой предложили перейти в «Русэлпром».
Уже в «Русэлпроме» мы продолжили работы и по трактору «Беларус» и по «Белазу» 240 тонн и по «Викингу-2» (это гособоронзаказ). Все эти разработки были принципиально новыми, отличающимися от того, что было в предыдущей организации.
Эволюция трансмиссии
Мир прошел три стадии развития трансмиссий: механическая, гидромеханическая и электромеханическая.
Главный недостаток механической коробки передач — при переключении передач прерывается поток мощности, и при высокой нагрузке машина может вообще заглохнуть. Гидромеханическая трансмиссия без перерыва потока мощности для сельхозмашин в России не производится, а покупать ее за рубежом очень дорого. Поэтому у нас есть все возможности сразу нам перейти на третий этап, тем более есть отечественное производство всех компонентов.
Чаще всего на тракторы устанавливается механическая трансмиссия. Механическая коробка передач имеет высокий КПД и небольшие размеры, но сложна в обслуживании. На большегрузные транспортные средства устанавливается гидромеханическая трансмиссия. Она предусматривает автоматическую коробку передач, которая существенно облегчает процесс управления. Однако она имеет низкий КПД и требует системы охлаждения. Еще один вид трансмиссии — электромеханическая. Она устанавливается на кораблях, поездах, самосвалах и на военной технике. Этот вид трансмиссии обеспечивает полный контроль над мощностью и скоростью, однако она не имеет широкого распространения из-за большого веса, размеров и высокой стоимости.
Несомненно, электромеханическая трансмиссия самая дорогая из трех. Но, через некоторое время, когда мы достигнем определенных объемов производства, она сравняется по цене. А во всем остальном у нее сплошные преимущества.
Электропривод экономит топливо до 30%. Дополнительно трактор комплектуется автономной станцией электроснабжения мощностью 127,5 кВт. Наличие режима электроторможения с передачей энергии в дизель позволяет продлить ресурс работы тормозной системы трактора. Удобство технического обслуживания: не требуется специальных масел, использования сменных фильтров, не нужен предварительный прогрев при низких температурах.
Разработка инновационного трактора «Беларус-3023»
Для трактора «Беларус-3023» мы предложили оптимальное с точки зрения массы, габаритов, КПД и, главное, цены, решение — конструкцию так называемого центрального привода. Мы оставили существующий задний мост и существующий подключаемый передний мост. На место сцепления и механической коробки передач мы поместили генератор и тяговый двигатель.
Генератор всю энергию дизеля превращал в регулируемую по частоте и напряжению электрическую энергию для тягового двигателя, который обеспечивал любые режимы работы трактора во всем диапазоне скоростей, моментов и сопротивлений.
Работу сделали быстро, всего за несколько месяцев, потому что не меняли саму конструкцию трактора. На той же базе получили новый комплект, состоящий из генератора, тягового двигателя, блока силовой электроники. К концу 2007 года мы этот комплект испытали на стенде. А в апреле 2008 года трактор под всеобщие аплодисменты поехал по территории МТЗ. Это была революция! Трактор имел уникальные характеристики. Мы поставили на поле для сравнения серийный трактор с механической коробкой передач и наш такой же с тем же навесным оборудованием. Наш трактор шел на скорости 11 км/час, тянул плуг, и дизель ревел на частоте 1700 оборотов. А серийный трактор с таким же дизелем шел 10,3-10,5 км/час с частотой вращения дизеля 1900 оборотов, и расход топлива у него был на 25% больше.
А за счет того, что наш трактор двигался быстрее, а также не нужно было переключать передачи на разворотах, ту же площадь он вспахал на 25% быстрее. То есть, помимо экономии топлива, было и повышение производительности труда.
Машина разработанная белорусскими инженерами и российскими электромеханиками, может работать и на дизеле и на электричестве. Гидромеханическую коробку передач здесь заменяет генератор и электромотор. Комплект тягового электрооборудования включает: блок силовой электроники, асинхронный мотор-генератор, тяговый электродвигатель, двухдиапазонный ступенчатый редуктор, задний мост. Вес трактора составляет 12,5 тонн, что позволяет агрегатировать его с крупными сельхозорудиями, например с плугами до 8 колей.
Нам удалось в тесном сотрудничестве высококлассными специалистами в области тракторостроения с МТЗ решить основную задачу — управление потоками мощности в комплекте тягового электрооборудования.
Электромеханическая трансмиссия связывает четыре ключевых механизма: дизельный двигатель, двигатель-генератор и электронику: контроллер верхнего уровня и асинхронные двигатели на двух или более колесах.
Двигатель-генератор и блок электроники преобразуют кинетическую энергию, которую вырабатывает дизельный двигатель, в электричество. Затем оно передается в электродвигатели, установленные на колесах. Все эти детали управляются при помощи контроллера верхнего уровня. Он позволяет водителю быстро управлять коробкой передач, изменять скорость и направление движения колес. При этом обеспечивается максимально эффективный расход топлива.
Как всегда не хватило воли довести проект до серийного производства
Тут же было принято решение выпустить установочную серию — 5 тракторов. И уже в 2009 году мы этот трактор показали на Международной выставке Agritechnica в Ганновере, и получили за комплект его электрооборудования серебряную медаль. Затем был договор с МТЗ на 10 предсерийных образцов. Но, к сожалению, из 10 штук они купили только 6 комплектов. Интерес к этому проекту в связи с тяжелой ситуацией на МТЗ пропал. Так что с 2011 года мы не продвинулись никуда. Шли разговоры о том, чтобы договориться с Минсельхозом Белоруссии о поставках 50 таких тракторов в сельхозхозяйства республики, чтобы можно было получить обратную связь, нужна ли какая-то доработка.
За это время мы провели испытания, получили подтверждения всех характеристик. Практически все отказы, которые были, — из-за недоработок в механической части трактора. С точки зрения работы силовой электроники, управляющей электроники, электрических машин, никаких замечаний не было. Для завершения проекта не хватило воли партнера в лице МТЗ, чтобы довести проект до промышленного этапа.
Мы в этом проекте выступаем как поставщики комплектующих, повлиять на судьбу проекта в целом мы не можем. Были планы создать совместное предприятие, собирать в России эти трактора, получая машинокомплекты из Минска, а им встречно поставлять наши комплекты. Но МТЗ не пошел и на этот вариант.
Опережая время
В этом проекте мы немного заглянули вперед, опередив время. Мы сделали автономную станцию электроснабжения. Трактор мог на стоянке выдавать 150 кВт электроэнергии, работая как дизельная электростанция, питать целую ферму. Аналогичные решения сейчас разрабатывают американцы.
Еще мы сделали электрический привод вентилятора дизеля. Дело в том, что трактор работает в таких условиях, где все запылено. Через два часа работы радиатор дизеля забивается, и мощность дизеля резко падает. Требуется остановка для продувки и промывки радиатора. Мы поставили вентилятор, который управляется электрически. Во-первых, он регулируемый, крутится так, как нужно для охлаждения. А во-вторых, при переключении на вращение в противоположную сторону он начинает выдувать всю грязь наружу, то есть охлаждает и очищает одновременно. На той самой выставке Agritechnica-2019 фирма John Deer получила золотую медаль только за один электропривод вентилятора, который входил в наш комплект. Есть также идея перевести навесные орудия с механической и гидромеханической трансмиссии на электрическую. Мы сделали электрический привод переднего вала отбора мощности, и на навесное орудие идут не шланги (гидромеханическая передача) или кардан (механическая передача), а два электрических провода. Но у нас не было партнера по разработке самих навесных орудий.
По крайней мере, в России таких партнеров не удалось найти.
Как защитить авторство разработок
Защитить свою интеллектуальную собственность очень сложно. Во-первых, у нас нет денег на зарубежные патенты, а российский патент никак не защищает наши разработки за рубежом. А во-вторых, каждая разработка привязана к определенному трактору.
Насколько мы знаем, МТЗ сейчас пытается повторить нашу разработку, передав всю документацию крупнейшей локомотивостроительной корпорации Китая CRRC. Китайцы построили под Минском огромный технопарк, но пока, похоже, без особого успеха. Сложность задачи заключается в расчете и управлении потоками мощности.
О работе с российскими предприятиями
В России наша разработка тоже никому не нужна. У нас из тракторных заводов остался Петербургский тракторный завод, выпускающий трактор «Кировец» и Ростсельмаш. Мы для «Кировца» сделали уникальный проект трактора с электроприводом, но пока этот проект на паузе. Возможно, к нему можно будет вернуться позже, когда завод выйдет на необходимые объемы производства.
Ростсельмаш и «Кировец» выживают за счет государственных субсидий. То есть защита отечественного производителя есть. Но пока она не касается инновационных проектов типа нашего. Наверное, к этому придут года через два, когда на российском рынке появятся зарубежные электротракторы. И тогда, скорее всего, будет указание сверху сделать как можно быстрее. Мы ждем.
Интерес подогревают зарубежные покупатели
Сейчас МТЗ снова начал переговоры с нами о возрождении проекта. Это объясняется особым интересом, проявленным к трактору с электромеханической трансмиссией со стороны их североамериканского дилера MTZ Equipment Ltd., работающего на Канаду и США. Эта компания продает порядка одной тысячи тракторов «Беларус» в год и конкурирует на рынке Северной Америки с крупнейшими производителями. От них приезжала делегация дилеров и фермеров. Им дали возможность поработать на этих тракторах. Они были в восторге. И они теперь давят на МТЗ, чтобы запускать эту модель в производство и поставлять им.
По итогам визита делегации MTZ Equipment Ltd. на Минский тракторный завод в журнале «Farms Guardian» появилась восторженная статья, описывающая преимущества нового трактора. Корреспондент Джеймс Рикард отмечает в статье: «Производитель утверждает, что электрическая трансмиссия предлагает в среднем до 15% экономии топлива на операциях культивации и до 30% на транспорте. Удивительно, что основным мотивом по созданию такой трансмиссии для производителя была ее надежность — утверждается что она должна иметь межремонтный срок службы, по крайней мере, 30 000 часов. К настоящему времени несколько образцов набрали до 20 000 часов полевых испытаний».
Ари Прилик, менеджер по продажам MTZ Equipment Ltd. говорит: «Если имеется достаточная заинтересованность в тракторе, тогда будет возможность поставить его на другие рынки. Мы с удовольствием обсудим любые запросы по трактору с электроприводом».
Перспективы проекта
Сейчас мы пытаемся этот проект расширить в область гусеничных тракторов.
Для гусеничных тракторов электромеханическая трансмиссия вообще дает огромный выигрыш. Компания Caterpillar в 2010 году выпустила первый в мире гусеничный бульдозер с электромеханической трансмиссией, и сейчас у них продаются только эти бульдозеры. John Deer выпускает фронтальный погрузчик с электроприводом. Экономия топлива на нем составляет 50%. Мы эту идею предлагали российским производителям подобных машин, но никто не проявил интереса.
Да и не потянет никто из них по отдельности. НИР стоит очень дорого. Но и произвести трактор мало, нужно еще создать сервисные службы по всей стране, нужно сделать какие-то преференции для покупателей такой техники. Это уже в компетенции Минсельхоза. Даже такая богатая фирма, как John Deer получала на аналогичные разработки многомиллионные государственные гранты. На один из таких грантов они уже разработали концепцию полностью электрического трактора. А у нас эта тема даже ни разу не поднималась.
Статья в «Farms Guardian» заканчивается словами: «В целом, дизель-электрический концепт является безошибочным.
Приятно видеть производителя, бросающего вызов с инновационным товаром гигантам рынка».
Приятно слышать восторженные отзывы экспертов. Жаль только, что прорывная разработка «Русэлпрома» и Минского тракторного завода пока так и остается только «концептом».
Текст и главное фото: Владислав Стрекопытов
Электрическая передача – Энергетическое образование
Энергетическое образованиеМеню навигации
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рисунок 1. Высоковольтные линии электропередач используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. [1]
Передача электроэнергии — это процесс доставки генерируемой электроэнергии — обычно на большие расстояния — в распределительную сеть, расположенную в населенных пунктах.
[2] Важная часть этого процесса включает трансформаторы, которые используются для повышения уровня напряжения, чтобы сделать возможной передачу на большие расстояния. [2]
Система передачи электроэнергии в сочетании с электростанциями, системами распределения и подстанциями образует то, что известно как электрическая сеть . Сеть удовлетворяет потребности общества в электроэнергии и обеспечивает передачу электроэнергии от ее производства до конечного использования. Поскольку электростанции чаще всего располагаются за пределами густонаселенных районов, система передачи должна быть достаточно крупной.
Линии электропередач
Линии электропередач или линии электропередач, подобные показанным на рис. 1, транспортируют электроэнергию с места на место. Обычно это электричество переменного тока, поэтому повышающие трансформаторы могут повышать напряжение. Это повышенное напряжение обеспечивает эффективную передачу на расстояние до 500 километров.
Существует 3 типа линий: [3]
- Воздушные линии имеют очень высокое напряжение, от 100 кВ до 800 кВ, и обеспечивают большую часть передачи на большие расстояния. Они должны быть высокого напряжения, чтобы минимизировать потери мощности на сопротивление.
- Подземные линии используются для передачи электроэнергии через населенные пункты, под водой или почти везде, где нельзя использовать воздушные линии. Они менее распространены, чем воздушные линии, из-за тепловых потерь и более высокой стоимости.
- Подпередающие линии несут более низкое напряжение (26 кВ — 69 кВ) к распределительным станциям и могут быть воздушными или подземными.
Рисунок 2. Карта ЛЭП США и Канады. [4]
Снижение потерь в линии электропередач 92\x R[/math]
где
- [math]I[/math] — сила тока в амперах
- [math]R[/math] сопротивление в омах
Выше было упомянуто, что высоковольтные линии уменьшают эту потерю мощности.
Этот факт можно объяснить, посмотрев на переданную мощность, [math]P_{trans}=I\times V[/math]. По мере того, как напряжение становится выше, ток должен уменьшаться пропорционально, потому что мощность остается постоянной. Например, если напряжение увеличить в 100 раз, ток должен уменьшиться в 100 раз, а результирующая потеря мощности уменьшится в 100 9 раз.0015 2
Для дополнительной информации
Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:
- Производство электроэнергии
- Распределительная сеть
- Трансформатор
- Подключение домов к электросети
- Энергия для электричества по странам
- Или исследуйте случайную страницу!
Ссылки
- ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://commons.
wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg - ↑ 2.0 2.1 Р. Пейнтер и Б. Дж. Бойделл, «Передача и распределение электроэнергии: обзор» в Введение в электричество , 1-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011, глава 25, сек. .1, стр.1095-1097
- ↑ 3.0 3.1 3.2 Р. Пейнтер и Б. Дж. Бойделл, «Линии передачи и подстанции» в Введение в электричество , 1-е изд., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 20251, сек. .3, с.1102-1104
- ↑ EIA, Неделя Канады: Интегрированная электрическая сеть повышает надежность для США, Канады [онлайн], доступно: http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=8930
- ↑ ОВОС. (27 мая 2015 г.). Потери электроэнергии [Онлайн]. Доступно: http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=105&t=3
wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg
Существует множество конструкций башен, в которых обычно используется открытая решетчатая конструкция или монополь, но, как правило, они очень высокие (башня на 500 кВ может иметь высоту 150 футов с траверсами шириной до 100 футов), металлические конструкции.
Подстанции различаются по размеру и конфигурации, но могут занимать несколько акров; они очищены от растительности и обычно покрыты гравием. Обычно они огорожены, и к ним ведет постоянная подъездная дорога. Как правило, подстанции включают в себя различные конструкции, проводники, ограждения, освещение и другие элементы, которые придают им «промышленный» вид.
Некоторые расчистка растительности может потребоваться по соображениям безопасности и/или доступа. Полоса отвода обычно состоит из местной растительности или растений, выбранных для благоприятного роста (медленный рост и небольшая высота взрослого человека). Однако в некоторых случаях подъездные дороги составляют часть полосы землеотвода и обеспечивают более удобный доступ для ремонтных и инспекционных транспортных средств. Ширина полосы отвода варьируется в зависимости от номинального напряжения линии от 50 футов до примерно 175 футов или более для линий 500 кВ.