Dvoutunový exkavátor (bagr, rýpadlo) s unikátním elektrickým akumulátorovým pohonem byl jako výsledek téměř dvouleté spolupráce společnosti Bosch Rexroth a VUT letos vystaven ve veletržní expozici VUT v pavilonu Z na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně. Pracuje bez exhalací a hluku spalovacího motoru, který běžně provází činnost takových strojů. Tohoto kvalitativně nového výsledku bylo dosaženo náhradou vznětového motoru speciálním elektromotorem, jehož pohon se děje pomocí souboru vysokokapacitních elektrických akumulátorů. Složitost problému spočívá hlavně v řízení součinnosti tří systémů exkavátoru – mechanického, hydraulického a elektrického. Na tuto otázku dává odpověď nejen předchozí odstavec, ale také a především rostoucí společenský tlak na ekologii strojů obecně. Proto i jednotliví jejich výrobci jsou nuceni v rámci konkurenčních vztahů hledat nové cesty a vytvářet stále ekologičtější produkty. Mezi ně patří nejen hybridizace a elektrifikace v dopravní technice, nýbrž i v řadě dalších oblastí, jakými je např. sféra stavebních, zemních, lesních a mnoha jiných druhů strojů. Pro práci v uzavřených prostorách, chráněných areálech, jako jsou např. rekonstrukční práce v uzavřených prostorách historických budov, rekonstrukce čistých výrobních prostor, nemocnice, léčebny, zotavovny, školky, jesle, čisté provozy atd., jsou exkavátory s „naftovým“ motorem často nepoužitelné. Proto vznikla poptávka po bezhlučných exkavátorech bez plynových exhalací. Po předchozí úspěšné grantové spolupráci VUT a společnosti Bosch Rexroth, zahrnující rekuperaci kinetické energie těžkých vozidel s častým rozjezdem a brzděním, hydromobil a pneumobily, došlo ke společné tvorbě bezemisního pohonu exkavátoru. Vzhledem k existenci klasických exkavátorů poháněných spalovacím motorem bylo třeba řešit nejen problém náhrady pohonu existujícího exkavátoru při zachování jeho ostatních částí, ale bylo nutno změnit i systém řízení jednotlivých pracovních podskupin a vytvořit nový systém řízení distribuce energie vzhledem k omezené kapacitě akumulátorových bloků, které musely být z ekonomických a funkčních důvodů zastavěny do původního rámu stroje. K tomu byl vybrán „malý“ dvoutunový exkavátor (miniexkavátor) E19 společnosti Bobcat Doosan. Jak je zřejmé, v případě miniexkavátoru poháněného elektromotorem čerpajícím elektrickou energii z elektrických akumulátorů jde o souběh problematik mechaniky, hydrauliky, elektrotechniky a mechatroniky. Pokud jde o mechanickou část, došlo ke změně hlavně náhradou vznětového motoru speciálním zahraničním synchronním elektromotorem. V omezeném prostoru pro pohon bylo třeba vytvořit místo pro umístění elektrických akumulátorů. K elektromotoru bylo nutno najít vhodný regulační axiální pístový hydrogenerátor s tlakovým regulátorem pro omezení maximálního tlaku oleje s ohledem na bezpečnost stroje. Tento hydrogenerátor dodala společnost Bosch Rexroth. Důležitou součástí nového systému je elektrohydraulický rozváděč typu LUDV a elektronické prvky řízení – joysticky zařazené do sítě CAN BUS řízené 32bitovým kontrolérem. Složitou záležitostí bylo vytvořit řízení exkavátoru zahrnující všechny zúčastněné oblasti. Řešitelský tým zahrnoval odborníky z VUT a ze společnosti Bosch Rexroth. Z VUT se řešení ujali pracovníci z Ústavu konstruování a průmyslového designu a Ústavu automatizace a informatiky Fakulty strojního inženýrství; ke spolupráci byli přizváni pracovníci z Ústavu výkonové elektrotechniky a elektroniky Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT. Základem byla náhrada vznětového motoru speciálním elektrickým třífázovým synchronním motorem se souborem elektrických akumulátorů a s řízením. Pro pohon motoru byl stejnosměrný elektrický proud z elektrických akumulátorů změněn měničem frekvence na střídavý třífázový proud. Tento elektromotor pak pohání hydrogenerátor dodávající tlakový olej do hydromotorů hydraulického systému exkavátoru. V novém pohonu exkavátoru na sebe navazovaly např. tyto subsystémy: řízení otáček, měnič frekvence, elektromotor, hydrogenerátor, hydromotor s řízením průtoku apod. Pro vhodný výběr prvků nového pohonu exkavátoru, koordinaci a řízení činnosti nových subsystémů bylo třeba použít matematického modelování jak jednotlivých subsystémů, tak celého systému řízení. Mezi hlavní kritéria hodnocení výsledku patří nejen náležité hodnoty výkonových a silových parametrů, ale také rychlost a synchronizovanost odezvy exkavátoru na podněty řidiče. Tyto parametry byly předem simulovány pomocí matematických modelů a kontrolovány experimentálními měřeními. Ačkoliv práce na exkavátoru pokračují, současné výsledky např. s ovládáním ramene exkavátoru odpovídají příslušným požadavkům. Testy funkčnosti byly prováděny nejen měřením výzkumnými pracovníky, ale ovladatelnost si mohli sami vyzkoušet i návštěvníci letošního MSV. Učinili tak vládní a akademičtí činitelé: místopředseda vlády České republiky pro vědu a výzkum Pavel Bělobrádek, rektor VUT prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc., prorektor VUT pro tvůrčí rozvoj prof. Ing. Lubomír Grmela, CSc., a děkan Fakulty strojního inženýrství VUT doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. Práce na dalším zdokonalení experimentálního exkavátoru pracujícího šetrně vůči životnímu prostředí bez exhalací a hluku by měly být dokončeny v příštím roce, kdy končí příslušný grantový projekt. Dosavadní výsledky nás vedou k přesvědčení, že vyhlídka na jeho úspěšné završení je reálná. Prof. RNDr. Ing. Josef Nevrlý, CSc. Ústav konstruování a průmyslového designu, Fakulta strojního inženýrství VUT Pozn. redakce: Článek podrobněji rozvíjí téma tohoto projektu, který jsme letmo představili již v minulém čísle na str. 10.
