Archiwa tagu: napęd hybrydowy

APG – polskie autonomiczne podwozie gąsienicowe z napędem hybrydowym

Prace nad eksperymentalnym spalinowo-elektrycznym hybrydowym systemem napędowym dla ciężkich pojazdów gąsienicowych rozpoczęto w Polsce w 2008 r. Projekt badawczo-rozwojowy nr O R00 0048 05 pod nazwą „”, dofinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, był realizowany w latach 2008-2011, przez konsorcjum w składzie Politechnika Śląska, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Centrum Produkcji Wojskowej Huty Stalowa Wola S.A. i Wasko S.A. Do opracowania demonstratora wybrano podwozie samobieżnej haubicy 2S1, oryginalnie z silnikiem JAMZ–238W oraz mechanicznym układem napędowym, produkowanej na licencji w Hucie Stalowa Wola. Pojazd otrzymał nazwę APG (Autonomiczne Podwozie Gąsienicowe).

Po opracowaniu koncepcji napędu dokonano przebudowy jednego z seryjnych podwozi. Zaplanowano, wykonano i przebadano spalinowo-elektryczny napęd hybrydowy zawierający silnik wysokoprężny oraz silniki elektryczne z magnesami trwałymi. W pojeździe zastosowano także zawieszenie z elementami o zmiennej charakterystyce tłumienia i nowy układ napinania gąsienic. Instalacja elektryczna pojazdu została zintegrowana za pomocą szyny CAN-BUS. Efektem końcowym projektu był demonstrator technologii pojazdu, w którym zintegrowano poszczególne układy i podzespoły, a także modele pojazdów rozwojowych.

Masa APG wynosiła 16 ton, możliwe było zwiększenie dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu do 23 ton. Pojazd został wyposażony w wysokoprężny silnik spalinowy o mocy 220 kW (300 KM) z przekładnią elektromechaniczną. Zasilanie zapewniała baterią akumulatorów, a także dodatkowy, wykonany dla badanego pojazdu, agregat prądotwórczy o mocy chwilowej 145 kW (197 KM). Sumaryczna ciągła moc układu napędowego wynosi 310 kW (421 KM), natomiast moc chwilowa – 470 kW (640 KM). Współczynniki mocy jednostkowej wynosiły odpowiednio 19,3 kW/t i 29,3 kW/t. Układ napędowy zapewniał bezstopniową regulację skrętu pojazdu i możliwość jego obrotu w miejscu, za pomocą przeciwbieżnego ruchu gąsienic.

APG Hybrydowy 1

Widok ogólny pojazdu APG.

Pojazd posiadał możliwość sterowania załogowego, a także układy kierowania zdalnego i sterowania autonomicznego. Pojazd mógł być sterowany przez załogę z wnętrza, zdalnie lub autonomicznie – w dwóch ostatnich przypadkach z wykorzystaniem zestawu kamer oraz odbiornika GPS i lidaru. System sterowania pozwalał w autonomicznym trybie bezzałogowym jazdę po zaprogramowanej trasie z możliwością bezprzewodowej interwencji operatora w każdej chwili. Dla potrzeb badanego pojazdu wykonano pulpit zdalnego sterowania, składający się ze stacji roboczej i urządzenia nadawczego.

Układ napędowy i sterowania APG pozwalał na realizację kilku trybów jazdy w zależności od wariantu połączenia podzespołów napędu:

1. Jazda z małą prędkością z użyciem silników elektrycznych – układ szeregowy.

2. Jazda z dużą prędkością z użyciem silnika spalinowego – układ równoległy.

3. Jazda z dużą prędkością z użyciem silnika spalinowego i silnków elektrycznych – układ równoległy.

4. Hamowanie lub zjazd z odzyskiwaniem energii.

5. Praca na postoju jako agregat prądotwórczy.

Chwilowa prędkość maksymalna pojazdu z użyciem równoległego układu napędu spalinowo-elektrycznego wynosiła 75 km/h. Przyspieszenie od 0 km/h do 32 km/h trwało 5 sekund.

APG Hybrydowy 2

APG w czasie dynamicznej jazdy.

Ponadto w Wojskowym Instytucie Technicznym Uzbrojenia opracowano analizę możliwości wykorzystania elektromechanicznego układu napędowego do pojazdu gąsienicowego (analiza dotyczyła podwozia 2S1/MT-LB). Projekt elektromechanicznego układu napędowego dla pojazdu gąsienicowego zakładał m.in., że dynamika napędu pojazdu z elektromechanicznym układem napędowym powinna być co najmniej takie same, jak w pojeździe z dotychczasowym układem napędowym, w pracach zostaną wykorzystane dostępne na rynku elementy napędu elektrycznego, przeznaczone np. do napędu innych pojazdów, np. trolejbusów, tramwajów oraz dostępny silnik spalinowy. Silniki montowane w napędach o regulowanej prędkości obrotowej, powinny cechować się wysoką sprawnością, dużą odpornością na przeciążenia, wysokim momentem obrotowym oraz szerokim zakresem regulacji prędkości obrotowej. Analiza wykazała, że wymagania te spełniają silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, zaprojektowane do pracy z dwustrefową regulacją prędkości obrotowej.

Wymagane osiągi trakcyjne podwozia, takie jak np. przyspieszenie do zadanej prędkości, prędkość maksymalna w określonym terenie i warunkach atmosferycznych oraz przy masie pojazdu,  Dlatego punktem wyjścia do doboru silników elektrycznych elektromechanicznego układu napędowego stały się parametry konstrukcyjne zespołów pojazdu gąsienicowego MT-LB, takie jak np. charakterystyka momentu obrotowego w funkcji prędkości obrotowej wału korbowego silnika JAMZ–238W, przełożenia układu napędowego i jego sprawność.

W ramach projektu koncepcyjnego przeanalizowano kilka wariantów elektromechanicznego układ napędowego.

Wariant I Wariant II Wariant III Wariant IV
Dwa napędowe silniki elektryczne (lewy i prawy) podłączone bezpośrednio do kół napędowych pojazdu. Dwa napędowe silniki elektryczne (lewy i prawy) podłączone do istniejących w pojeździe gąsienicowym dwóch przekładni bocznych i układu hamulcowego. Dwa napędowe silniki elektryczne (lewy i prawy) i dwie przekładnie stopniowe za silnikami elektrycznymi podłączone do istniejących w pojeździe gąsienicowym dwóch przekładni bocznych i układu hamulcowego. Jeden napędowy silnik elektryczny, dwa planetarne rzędy sumujące i jeden elektryczny silnik skrętu.

Wariant I charakteryzował się prostotą konstrukcji. Wariant II umożliwiał wykorzystanie silników elektrycznych o mniejszej mocy, ale większej prędkości obrotowej, ale wymagał precyzyjnego sterowania prędkością obrotową wałów napędowych silników elektrycznych przy zmiennych oporach skrętu, w celu zapewnienia wymaganych promieni skrętu. Wariant III pozwalał na wykorzystanie napędowych silników elektrycznych o mniejszej mocy i prędkości obrotowej, jednak wymuszał, podobnie jak w wariancie II, precyzyjne sterowanie prędkością obrotową wałów napędowych silników elektrycznych przy zmiennych oporach skrętu, w celu zapewnienia wymaganych promieni skrętu. Wariant IV wymagał zastosowania dwóch niezależnych silników elektrycznych – silnika elektrycznego napędu powodującego ruch pojazdu i silnika elektrycznego skrętu wraz z planetarnymi rzędami sumującymi pozwalającego na wykonywanie skrętu pojazdu.

Napęd hybrydowy MT-LB 1

Schematy analizowanych wariantów hybrydowego układu napędowego pojazdu gąsienicowego. Rysunek – Wojskowy Instytut Techniki Inżynieryjnej

Po przeanalizowaniu koncepcji pod względem technicznym odrzucono warianty I, II i IV napędu z uwagi na konieczność zastosowania nieprodukowanych seryjnie silników. Według odpowiedzi producentów takie silniki mogłyby być zaprojektowane i wyprodukowane na zamówienie, co było sprzeczne z przyjętym założeniem. Ostatecznie za optymalny uznano, że wariant III. Planowano zastosowanie seryjnych silników HPM150 z systemem chłodzenia zewnętrznego (opcjonalnie układ sterowania DD45-500L silnika elektrycznego HPM150). W tej wersji silniki elektryczne miałyby działać jako jednostki napędowe lub jako generatory (w tym przypadku silnik spalinowy napędza jeden silnik elektryczny – generator, który zasila energią elektryczną drugi silnik elektryczny napędzający pojazd).

Copyright © Redakcja Militarium/Fot. Militarium