Jak wykorzystać elektryczność do uprawy gleby? cz. I

Dodano dnia: 17/09/2015

Jeszcze na początku XIX wieku para, ropa naftowa i elektryczność jako źródła energii konkurowały ze sobą.  Na ówczesnym etapie rozwoju techniki nie było rozstrzygnięte, który rodzaj zasilania będzie najlepszy.  Ta konkurencja panowała również w branży urządzeń stosowanych dla rolnictwa. Na polach można było spotkać zarówno lokomobile, jak i dość nieporadne jeszcze traktory z napędem spalinowym. Na horyzoncie pojawił się jeszcze jeden konkurencyjny napęd jaki stanowił silnik elektryczny, który miał wiele zalet. Przekazanie momentu obrotowego na koła było głównym problemem. Silnik spalinowy może efektywnie pracować tylko w pewnym zakresie obrotów, w którym występuję największy moment obrotowy, dlatego potrzebuje skrzyni biegów. Silniki elektryczne są elastyczne i dostarczają maksymalny moment obrotowy niemal od 0 obr/min, stąd nie potrzeba skrzyni biegów. Do tego pracuje niemal bezgłośnie. Jednak jest i druga strona medalu. Wciąż niezmiernie duży problem stanowi magazynowanie energii elektrycznej. W pierwszej połowie XX wieku ciężkie, ołowiowe akumulatory mogły zmagazynować energię na dość krótki czas. Do tego ich masa nierzadko przekraczała 100% masy pojazdu, dochodził długi czas ładowania i ograniczona trwałość baterii.

Elektryczny ciągnik drogowy Hansa-Loyda z 1914roku, mógł pociągnąć przyczepę o masie 8 ton.

W obszarze ciągników rolniczych zadawano sobie pytanie, jak zasilać ciężkie maszyny z silnikiem asynchronicznym o mocy na przykład 70 kW, które był by zdolne do ciągłej pracy z pługiem na areale czterech hektarów?  Za pomocą akumulatorów? Obliczenia wykazały, że baterie musiałby ważyć najmniej 10 ton, nie licząc masy samego ciągnika. Wyjściem z tej sytuacji było połączenie silnika ze zewnętrznym źródłem zasilania za pomocą przewodów. W ten sposób powstał w 1910 roku trolejbus, a jeszcze wcześniej pojazd szynowy (w 1879r. lokomotywka Siemensa) czyli tramwaj.
Powodzenia na tym polu, starano się przenieść również na grunt silników rolniczych. Czołowe badania na tym etapie prowadził również między innymi Siemens. Plan był dość prosty. Zaproponowano przy orce linowej zastąpienie lokomobili parowej wciągarką zasilaną elektrycznie. Oczywiście całość była zasilana z sieci.

Schemat podłączenia elektrycznej lokomobili Siemensa z pługiem przechylnym z 1916 roku:
1- Elektryczna lokomobila,
2- Wózek-stacja transformatorowa,
3- Linia wysokiego napięcia,
4- Liny przeciągające pług,
5- Pług przechylny,
6- Krążek liny umieszczony na wózku polowym.

Urządzenie Siemensa działało dość dobrze. Jednak sieć trakcyjna niosła oczywiste ograniczenia, po prostu orać można było tylko w pobliżu sieci przesyłowej, co na początku XX wieku nie było czymś tak oczywistym. Długość pola, wzdłuż którego można było przesuwać zestaw wynosiła 400 metrów. Dodatkowo transport zestawu elektrycznego i podstacji na miejsce pracy wymagały użycia koni lub konwencjonalnego ciągnika.
Równie interesujące doświadczenia przeprowadził z pługiem przechylnym F. Zimmermann. Różnicą było tu zastosowanie dwóch silników elektrycznych, umiejscowionych na skrajach pola, przeciągających pług  pomocą łańcucha.

Pług przechylny Zimmermana poruszany dwoma silnikami elektrycznymi.

Zupełnie odmienne rozwiązanie stanowiło zamontowanie silnika elektrycznego wprost na maszynie i połączenie siecią za pomocą kabla. Przekładem takiego urządzenia jest zbudowana przez Siemensa w 1910 roku elektryczna glebogryzarka o mocy 50 KM.

Elektryczna glebogryzarka Siemensa z 1910 roku.

Oczywiście napędzanie dużych maszyn za pomocą elektryczności postawiło przed pionierami tej dziedziny szereg przeszkód. Dlatego próby z tego rodzaju napędem, prowadzone przez niektórych producentów poszły w kierunku małej skali, czyli mikrociągników i glebogryzarek ogrodniczych. A zatem urządzeń stosowanych na małych parcelach i tam gdzie łatwo je było przemieszczać.

Elektryczny mikrociągnik Güldnera. Na drugim planie widać zawieszone na linie prowadzącej przewody. W tym przypadku orka mogła odbywać się wzdłuż tej linii, w kierunku oddalającym się.

Sposób zasilania tych małych urządzeń rozwiązywano zazwyczaj w taki sposób, że jeżeli maszyna nie pracowała zbyt daleko od źródła zasilania, to mogła być bezpośrednio podłączona do przewodów energii elektrycznej o napięciu 120, 210, 380 lub 500 V prądu stałego lub 110, 220, 440 lub 500 V zmiennego. Na przykład w seryjnych urządzeniach Siemens-Schuckert dostarczał specjalne haki przyłączeniowe do zarzucania ich na druty. Posiadały one automatyczne zamknięcie, umożliwiające bezpieczne złapanie przewodu. Proszę sobie to wyobrazić dzisiaj, gdyby można było tak wprost z linii napowietrznej łapać zasilanie!

Haki przyłączeniowe stosowane do zarzucania na linie napowietrzne.

Jeżeli odległość pomiędzy linią zasilająca, a polem była tak duża, że powodowało to zbyt duże straty (przez opór przewodu), stosowano przyłączanie do linii wysokiego napięcia 5000 V lub więcej. To rozwiązanie jednak wymagało zastosowania transformatora do obniżenia napięcia. Odległość między transformatorem, a mikrociągnikiem była ograniczona przez długość kabla, która zazwyczaj nie przekraczała 300-500 m.

Przewoźny transformator zmniejszający napięcie z linii wysokiego napięcia.

Przy całej innowacyjności wyżej wymienionych rozwiązań, pozostaje pytanie o praktyczny sens zastosowania energii elektrycznej przy uprawie gleby. Niejako w odpowiedzi można przytoczyć ciekawe spostrzeżenia, jakie zanotował producent mikrociągników Bungartz. Według doświadczeń tej firmy stwierdzono, że mając do dyspozycji 4 punkty zasilania i połączenie o długości 100 m kabla, ciągnik elektryczny może z powodzeniem uprawiać działkę 20 hektarową. Co obrazuje poniższy schemat.

Teoretyczne możliwości uprawy 20 ha pola za pomocą pługa elektrycznego marki Bungartz. Został on wyposażony w 100m przewód, który można podłączać w 4 punktach.
Objaśnienia: