Електрически строителни машини

Тенденции при съвременната мобилна строителна техника

Проактивните зелени политики на развитите страни доведоха до появяването на електромобилите. А по строителните обекти в Западна Европа започнаха да се виждат все повече колесни и верижни електрически строителни машини. 
На следващите страници ви предлагаме обзор на съвременната мобилна електрическа строителна техника с използваните концепции и подходи, преимущества и слаби страни, както и особености при отделните производители.

Текст: списание Инфрабилд

Снимка: Bobcat

В обзора ще разгледаме само мобилната техника, която използва тягови електрически батерии и съответно електромотори, задвижващи хидравлика или други системи. При това ще се спрем основно на електрическите верижни и колесни машини за земни работи - за копаене, товарене и пренасяне на изкопана маса, които през последните десет години започнаха постепенно да придобиват все по-голяма популярност. Подемна техника с тягови батерии, в т.ч. електрокари, самоходни платформи и вишки, няма да бъде разглеждана, тъй като при тях електрическото задвижване от този тип има дълги традиции.

Концептуални подходи

В общия случай съвременните електрически строителни машини са преработени и адаптирани съществуващи модели в гамите на производителите. Премахват се резервоара за гориво и дизеловия двигател и вместо тях се влага пакетът от електрически батерии, един или два електромотора, както и специфичните за тях управление и спомагателни компоненти. При някои машини има и допълнително охлаждане или затопляне за електрическата част.

При минибагерите например електромоторът е един и той отговаря за задвижването на хидравличната система, която се използва и за ходовата част, и за работните органи. При компактните челни товарачи се предпочита влагането на два електромотора, като единият обслужва само ходовата част, а другият - само работната хидравлика. Предвижда се зареждането на батериите да става през нощта от 3ч. до 8-9ч., като зарядът е достатъчен за обичайното натоварване от 4 до 8 часа на другия ден. Обикновено се използват литиево-йонни батерии, а електромоторите са най-често от типа с постоянни магнити. Батериите, влагани в компактната техника, са разчетени да издържат до края на живота на машината.

Този подход се използва от повечето познати производители на строителни машини, които се заеха с „електрическите“. Броят на тези компании е над 20 и постоянно се увеличава, а създадените към началото на 2020г. модели са над 70. Тук влизат конкретно машини от категориите минибагер, челен минитоварач, компактен челен товарач, компактен колесен багер (до 11т), минидъмпер (колесен и верижен), телескопичен товарач и комбиниран багер-товарач. Тепърва излизат разработки на машини с работна маса над 12т - верижни багери и колесни челни товарачи от средния клас. Много важен момент е, че всички производители, следващи този подход, декларират, че електрическите модели предлагат същите работни характеристики като на базовите дизелови модели.

Вторият концептуален подход е по-специфичен и доста по-футуристичен. Използва се засега само за минибагери. Машината се проектира почти от нула като „изцяло електрически минибагер“. Това означава, че машината разполага с батерия и електромотор, но не се използва хидравлична система. Тя е заменена от електрическа и включва електро-механични линейни задвижващи механизми. Засега такива модели са само концептуални и се разработват едва от няколко компании.

Особености при работа

Факт е, че електрическата машина има нулеви емисии на изгорели газове в мястото си на работа, което е изцяло в съответствие с проекологичните политики на големите западни страни. Това е и голямото предимство при работа в гъсто населените градове, които са с най-замърсен въздух. Факт е и че през последните няколко години страни като Германия, Австрия и Швейцария въведоха много по-ограничаващи норми за строителство в определени градски зони относно изпусканите в атмосферата отработени газове. Тези мерки дори се залагат в самите обществени поръчки и е логично строителните фирми да разполагат със съответната техника, в най-добрия случай на електричество. В допълнение липсата на изгорели газове дава голям фронт за работа в затворени помещения, тунели и т.н.

Второ голямо предимство на електрическите машини е, че емисиите на шум са много по-малки в сравнение с техниката с дизелов двигател. Това преимущество добре личи, когато се работи през нощта в градовете, или в близост да т.нар. чувствителни зони като болници, училища и др. подобни.

На трето място, липсата на дизелов двигател означава спестяване на сериозни разходи от строителните фирми за сервиз в периода на жизнения цикъл на машината, тъй като отпадат смените на масло и филтри, както и ремонтите на турбокомпресори, дюзи и т.н. При електромоторите сервизното обслужване е минимално.

Специфично предимство на електромоторите е изключително бързото достигане на максималния им въртящ момент, което прави машините много пъргави и производителни. Не на последно място трябва да се посочи и че работата на електричество е по-евтина, отколкото на дизел (поне засега), което за строителните фирми означава по-ниски разходи за експлоатация.

Първият практически проблем за строителните фирми е къде ще се зареждат батериите на машините. Една част от производителите си представят зареждането да става както при електромобилите. Ето как се стига до неразвитата инфраструктура за зареждане на електрически превозни средства, още повече че стандартите за контактите са няколко и най-близката станция за зареждане може просто да не бъде по стандарта на конкретната машина.

За решаването на този проблем някои производители предлагат зарядни бордови устройства и включване в налична сградна или друга обща електрическа мрежа. Тук обаче се появява въпросът колко и какви машини могат да се включат, за да не се претовари и дори запали самата инсталация. И съвсем логично идва и следващият въпрос: ако трябва да се работи денонощно на смени, кога и как ще става зареждането. Може би с втора налична батерия? Все пак една част от производителите предлагат решение за бързо зареждане в рамките на 30-120 мин. и то за достигане на непълен капацитет на батерията (около 80%). Друг съвсем практически проблем е, че отпадането на продажбите на резервни части и консумативи (масло, филтри и др.) за сервизиране на двигателите ще доведе до намаляване на приходите местните дилъри на производителите.

Има и други слаби страни пред повсеместната електрификация. В момента няма мобилна електрическа земекопна машина, показана на демонстрации, която да е с работна маса над 11т. И това е така защото, за да се захрани един 22-тонен верижен електрически багер, една от най-масовите земекопни машини в света, пакетът от батерии ще бъде пет пъти по-голям от този, който се влага в автомобил Tesla S, при цена над 100 000 щ. долара. Тези условности обаче не попречиха на един от най-големите китайски производители да покаже статично на местно изложение през есента на 2019г. 22-тонен верижен багер и 17-тонен колесен челен товарач с литиево-йонни батерии. 

Във връзка с големите машини трябва да се отбележи също и това, че при тях напрежението ще бъде не 48 В както е при компактните, а например 60 В, 80 В или повече, което в повечето страни изисква специална скъпоструваща сертификация за допускане до пазара. А и при по-големите пакети от батерии все по-притеснително стои въпросът за времетраенето на техния жизнен цикъл и цената за подмяна. Още повече, че с времето капацитет им намалява, а при застудяване той се изчерпва по-бързо. Това че са големи, прави нещата много по-сериозни. 

Но нека видим каква е понастоящем ситуацията по отделните видове машини и основните производители (по азбучен ред), без да претендираме за изчерпателност.

Минибагери

Минибагерите са най-електрифицираната категория машини. От пролетта на 2019г. Bobcat предлага на европейския пазар 1-тонен минибагер, модел E10е. Той има различни удобни опции като бордово зарядно устройство за включване в в сградна електрическа мрежа на 230 В и суперзарядно устройство за достигане на 80% капацитет на батерията при използване на напрежение 400 В. Съвсем новият 1,7-тонен Bobcat E17 е на етап прототип. Doosan засега показа само прототип на 1,7-тонен електрически минибагер DX17Z-5, който ще започне да се предлага в САЩ през 2022г. Hitachi CM представя две машини. По-малката е 2-тонен минибагер ZE19. По-големият е 8,5-тонен компактен багер ZE85, който с едно зареждане работи 4 часа. Hitachi ZE85 може да бъде включен към зарядното устройство с кабел и да продължи да работи, докато се зарежда. Има възможност за бързо зареждане за 45 минути (през обедната почивка) чрез устройство по CCS2. Hyundai СЕ има два прототипа. Единият е 3,5-тонен минибагер R35E, чиито пакет от батерии е разработен от Cummins. След зареждане от 3ч. машината може да работи 8ч. По-малкият е с маса 1,8т, R18E, и е изцяло собствена разработка на Hyundai CE. След зареждане от 5ч. може да работи 8ч. 

През 2018г. JCB представи своя 1,9-тонен електрически минибагер 19С-1Е. Практичното при него е, че клиентите могат да поръчат пакета с три или четири батерии (15 кВтч или 20 кВтч). Пакетът се зарежда почти от 0% до 100% за 8ч. и издържа 8ч. обичайна работа. Бързото зарядно устройство не е бордово и след почти 120 мин. се достига пълен заряд. Kobelco демонстрира прототип на електрически 1,7-тонен минибагер 17SR. Неговата електрическа задвижваща част е разработена съвместно с Deutz, а продажбите са планирани да започнат през 2021г. Komatsu е представен с 4,7-тонен електрически минибагер PC30E-5. Пакетът с батерии е заимстван от електрокарите на Komatsu от серия FE. С едно зареждане издържа 6ч., а бързо зареждане е разчетено да се прави по време на обедната почивка. Kubota представи прототип на 1,8-тонен електрически минибагер още през 2012г. на изложението Intermat в Париж. В началото на 2020г. се появи втори прототип на изложение в Киото, Япония. Този минибагер е по-голям, вероятно в класа 3,5 т. Китайският производител Sany представи 1,6-тонен прототип на изложението Intermat 2012 и същевременно обяви разработването на втори - 7,5 тонен. Впоследствие тези машини бяха пуснати в продажба на пазари извън Европа. 

Volvo CE е представен с 2,5-тонния електрически минибагер ECR25. Той може да работи 8ч. след пълно зареждане на батерията, разполага с бордово зарядно устройство и може да се зарежда през нощта дори в най-обикновен контакт. Има опция за бързо зареждане. От средата на 2020г. компанията започва да лансира цялата си електрическа гама от минибагери с работни маси от 1,5т до 2,7т, като ще спре с новите разработки на същите модели с дизелови агрегати. Wacker Neuson представи 1,7-тонен минибагер EZ17e още през 2018. След зареждане издържа 8ч., но може също да работи и докато е включен с кабел към електрическата мрежа, и дори да бъде зареждан по време на работа. В момента компанията разработва нов 2,6-тонен електрически модел.

Колесни товарачи

При колесните товарачи най-електрифицирана за момента е категорията компактни челни товарачи с работни маси от 2 до 6т. В този сегмент Caterpillar представя единствената си засега електрическа машина с тягова батерия - 5,6-тонния 906. С едно зареждане батерията издържа 4,5ч., а чрез бързо зареждане в обедната почивка времето за работа се удължава с още 2ч. Немската компания Kramer (част от групата Wacker Neuson) стартира през 2017г. продажбите на 4,1-тонния компактен товарач 5055е. Клиентите имат избор от две батерии за оборудване на машината, като с едно зареждане се работи до 5ч. Kramer 5055e бе представен у нас на Есенния технически панаир в Пловдив през 2017г.

Volvo CE представи на през 2019 5-тонния компактен товарач L25. Той може да работи 8ч. след пълно зареждане на батерията, разполага с бордово зарядно устройство и може да се зарежда през нощта в най-обикновен контакт. Има опция за бързо зареждане. От средата на 2020г. компанията ще започне да лансира цялата си електрическа гама от компактни челни товарачи с работни маси от 4,5т до 5,5т, като ще спре с новите разработки на същите модели с дизелови агрегати. Wacker Neuson въведе на пазара през 2017г. 2,3-тонен компактен челен товарач WL20e. Предлага се с два варианта на батерии: стандартната издържа 3,5ч. след 8ч. зареждане, а опционалната – 5ч. след 6ч. зареждане.

Любопитно е да се отбележи, че засега никой от големите играчи не се престраши да покаже разработка на челен минитоварач от типа Skidsteer Loader. Това направи през 2018г. словашката компания Kovaco. Моделът Elise 900 тежи 4,2т, като използва три електромотора и три оловно-киселинни батерии. След зареждане от 5 ч издържа между 2 и 8ч. При телескопичните товарачи се пробва италианският производител Faresin, който през 2019 показа модела 6.26 с работна височина до 5,9м и 2,6т макс. товароподемност. И тук има два варианта на батерии, но напрежението е високо - 80В.

Колесни багери

Турският производител Hidromek хвърли ръкавицата на големите играчи с представянето на 7-тонен електрически колесен багер HICON 7 W. Пълното зареждане на батериите става за 3 часа, след което машината може да работи 8 часа. Възможно е бързо зареждане за 30 минути. Една година по рано, през 2018, Mecalac показа 11-тонен електрически колесен багер. След зареждане от 7ч, машината работи 8ч. Специфичното е, че се използват батерии от типа литиево-желязна-фосфатна, позволяваща три пъти повече цикли на зареждане. Има система за рекупериране на енергия при спиране, която зарежда батериите по време на работа. Единственият засега електрически комбиниран багер-товарач бе представен по време на изложението ConExpo 2020 (Лас Вегас, 11-14 март) от Case CE.

Минидъмпери

При тези машини също започна електрификацията. През 2019 Kubota представи нов електрически верижен модел, KC70-4е, с полезен товар 700кг. Електрическият верижен минидъмпер на Wacker Neuson, модел DT10e, е по-отдавна на пазара. Той предлага полезен товар до 1т и използва литиево-желязна-фосфатна батерия с висок волтаж (80В). Компанията предлага и колесен електрически модел с полезен товар до 1,5т, който разчита на конвенционални литиево-йонни батерии от 48В.