Tendências em tratores

O desenvolvimento de tratores nos últimos anos foi fortemente influenciado pela legislação sobre gases de escape. A injeção "Common Rail", a tecnologia de quatro válvulas, os turbocompressores, o "intercooler" e o controle eletrônico do motor são os pilares da tecnologia de motores para unidades diesel que cumprem o nível de emissões V atualmente válido na UE, a fim de cumprir os requisitos de desempenho, consumo e emissões.

Nas classes de potência de 56 a 560 kW, os sistemas de pós-tratamento dos gases de escape catalisador de oxidação diesel (DOC), filtro de partículas diesel (DPF) e redução catalítica seletiva (SCR) também são indispensáveis, complementados em alguns casos pela recirculação dos gases de escape (EGR). Muitos fabricantes já aprovaram suas unidades de nível de emissão V para o uso de HVO (Óleo Vegetal Hidrotratado).

Com o problema do CO2, a atenção deslocou-se para os motores de combustão para combustíveis alternativos. A Cummins foi o primeiro fabricante a anunciar uma plataforma de motor multicombustível (diesel/HVO, metano e hidrogênio) com a unidade de 6 cilindros "Fuel-Agnostic X15" (cilindrada de 14,9 l) no início de 2022. A base para isso é um sistema padronizado motor básico que pode ser combinado com vários módulos de cabeçote. A FPT está seguindo um caminho semelhante com o XC13 (6 cilindros, 12,9 l de cilindrada), que foi lançado há um ano como um “motor multicombustível de base única”. O novo conceito Cursor-X também pretende apresentar um sistema modular com módulos de cabeçote para diesel/HVO, metano, hidrogênio e outros combustíveis renováveis.

A AGCO Power também anunciou uma nova plataforma de motores com a série CORE. O primeiro representante foi o CORE 75 com 6 cilindros e 7,5 l de cilindrada, que é utilizado na nova série de tratores Fendt 700 Gen7 e também pode ser operado com HVO. No futuro, esta plataforma deverá também ser desenvolvida para permitir a utilização de outros combustíveis alternativos, dependendo da evolução do mercado. Com o CORE 50 destinado à nova série Fendt 600 Vario, o próximo modelo de motor já está nos blocos de partida. Com uma potência máxima de 224 CV (incluindo DynamicPower), a marca dos 200 CV é claramente quebrada pela primeira vez em tratores por este motor de 4 cilindros com cilindrada de 5,0 l - a uma velocidade nominal de apenas 1.900 rpm.

Além da Cummins e da FPT, outros fabricantes de motores não rodoviários que trabalham com motores de combustão H2 incluem Deutz, JCB e Liebherr. Esta abordagem é atualmente também considerada a solução mais econômica e viável na indústria dos veículos comerciais para alcançar reduções de CO2 com hidrogênio sem carbono a curto e médio prazo. No entanto, o pré-requisito para isso é sempre que provenha de fontes amigas do ambiente. O hidrogênio pode ser transportado nos veículos – como o metano – na forma gasosa em recipientes pressurizados ou na forma líquida em tanques isolados. As tecnologias de motor para estas duas fontes de energia também são semelhantes (processo Otto ou Injeção Direta de Alta Pressão - HPDI).

Motores a gás entrando na agricultura graças ao GNL?

A New Holland beneficiou-se dos muitos anos de experiência da sua empresa irmã Iveco/FPT e, em 2022, foi o primeiro fabricante a lançar um trator produzido em massa com motor a gás, o T6.180 Methane Power. O metano é transportado aqui na forma gasosa como GNV (Gás Natural Comprimido) em vasos pressurizados. Como a densidade energética do GNV por litro de volume do tanque é apenas cerca de um quinto da do diesel, os tempos de operação de tais veículos são geralmente limitados. A relação é muito melhor com o GNL líquido criogênico, razão pela qual tem sido utilizado no transporte rodoviário de longa distância há anos. Nos tratores, o GNL quase não tem sido um problema até agora porque os habituais tanques cilíndricos isolados a vácuo são difíceis de integrar no espaço de instalação apertado e porque podem ser produzidas maiores quantidades de gás ebulido devido às vidas úteis mais longas envolvidas.

Com o T7.270 Methane Power GNL, a New Holland apresenta agora um trator a gás com tanques de GNL concebido para evitar estes problemas. Graças a uma tecnologia especial de parede dupla, os tanques de GNL isolados a vácuo não necessitam ter uma forma cilíndrica e podem, consequentemente, ser mais bem adaptados às condições de espaço típicas dos tratores - semelhantes aos tanques de diesel. O T7.270 GNL pode, portanto, transportar 200 kg de metano, o que é cerca de sete vezes mais do que os aproximadamente 30 kg do T6.180 Methane Power (baseado nos tanques de GNV integrados). A New Holland combate o problema do gás evaporado com um “resfriador criogênico” que mantém constantemente o metano abaixo de 162°C negativos e, portanto, em estado líquido. A energia necessária para o refrigerador acionado eletricamente é mínima e vem de uma bateria que pode ser carregada através de uma fonte de energia externa ou do gerador IC integrado (operação com gás fervente). Isto significa que a engenharia de gás GNL Conceitos inovadores podem agora também tornar-se uma opção de propulsão válida na agricultura, combinados com a oportunidade de utilizar o seu próprio biogás (bio-GNL) como combustível para veículos em sistemas neutros em CO2.

Sistemas elétricos alimentados por bateria estão ganhando terreno

A tecnologia das baterias está em constante desenvolvimento e, nos últimos anos, as densidades de energia gravimétrica e volumétrica (Wh/kg ou Wh/l) têm aumentado continuamente. Da perspectiva atual, no entanto, as baterias provavelmente permanecerão sempre relativamente grandes e pesadas, razão pela qual os veículos equipados com elas são principalmente adequados para aplicações leves e moderadamente pesadas ou para trabalhos periódicos recorrentes onde há tempo suficiente para carregamentos intermédios. Na agricultura, essas condições existem para tratores menores, entre outros, que estão agora a chegar gradualmente ao mercado.

A partir deste ano, a Rigitrac vem construindo o trator compacto SKE 40 Electric (acionamento de tração contínua/potência de pico 40/64 kW, capacidade da bateria 50 kWh) em pequenas séries. O trator de via estreita Fendt e107 V Vario (potência contínua/de pico 55/66 kW, capacidade da bateria 100 kWh) e o New Holland T4 Electric Power (potência contínua/de pico 55/89 kW, capacidade da bateria 110 kWh) foram anunciados para 2024. As capacidades de carregamento com corrente alternada (CA) são de 22 kW para os três modelos, e aqueles com corrente contínua (CC) entre 80 e 100 kW.

Unidades de células de combustível ainda estão em sua infância

Os acionamentos de células de combustível também contam como sistemas elétricos. Aqui, porém, a eletricidade não vem da tomada, mas é gerada primeiro a partir do hidrogênio no veículo. Como as células de combustível não conseguem reagir rapidamente às mudanças de carga e a eficiência ideal está na faixa de carga média, elas são sempre combinadas com baterias amortecedoras na condução dos veículos. Na maioria dos casos, a célula de combustível é o elemento principal e a bateria é o elemento adicional que cobre picos de carga e pode armazenar energia de frenagem. No entanto, a célula de combustível também pode ser usada para ampliar a autonomia dos veículos elétricos movidos a bateria.

Protótipos e estudos atuais estão disponíveis na Fendt, entre outros. O HELIOS (sistema de trator movido a hidrogênio elétrico) desenvolvido como parte do projeto de pesquisa H2Agrar opera com uma célula de combustível de 100 kW e uma bateria tampão de 25 kWh. Isto significa que pode ser atribuído ao conceito de “célula de combustível como acionamento principal”. Cinco tanques de alta pressão montados acima do teto da cabine podem transportar um total de 21 kg de hidrogênio (700 bar). Ser capaz de transportar energia suficiente para os tempos/faixas de operação exigidos também é um grande desafio para os veículos com células de combustível em geral.

Na competição DLG "AgriFuture Concept Winner 2023", a Fendt também apresentou estudo de uma célula de combustível móvel que pode gerar eletricidade a partir do metanol verde para recarregar continuamente a bateria do Fendt e107 V Vario. O metanol líquido é transportado em um tanque de combustível de 60 litros e não precisa ser pressurizado ou resfriado. A célula de combustível tem potência de 15 kW e pode gerar cerca de 100 kWh de energia elétrica a partir de 60 litros de metanol. Isto permite duplicar o tempo de operação do trator elétrico movido a bateria e107 V Vario para cargas de trabalho baixas/médias. O módulo de célula de combustível é conectado ao elevador dianteiro ou traseiro e a conexão elétrica é estabelecida usando um plugue AEF. Esta solução corresponde ao conceito “célula de combustível como extensor de autonomia”.

Hibridização: solução para tratores de médio e grande porte?

A CNH apresenta o Steyr Hybrid CVT, um conceito híbrido modular para tratores padrão de médio e grande porte. O protótipo apresentado baseia-se num modelo de produção em série na classe de entrada de 6 cilindros (potência 180 CV, distância entre eixos < 2,8 m), mas o motor diesel aqui utilizado produz 260 CV. A familiar transmissão contínua hidrostática-mecânica é adotada na proporção 1:1 da original. Completamente novo, por outro lado, é o suporte do eixo dianteiro com suspensão independente montada em molas e dois motores elétricos integrados. O gerador é acionado pelo motor diesel através de um estágio de transmissão e transmite a energia elétrica gerada (até 75 kW) para o motor elétrico através da eletrônica de potência. Isso converte a energia elétrica novamente em energia mecânica, que é alimentada através de um redutor de dois estágios para a coroa do diferencial do eixo dianteiro. No entanto, o eixo dianteiro ainda pode ser acionado mecanicamente através de uma clássica embreagem multidisco. No ramo elétrico, existem também os SuperCaps (dispositivos de armazenamento de energia eletrostática que podem captar e liberar muita energia em pouco tempo, mas só conseguem armazenar uma pequena quantidade de energia), um resistor de frenagem e um AEF de alta tensão. soquete na frente e atrás.

Esses componentes e a estrutura híbrida serial-paralela permitem inúmeras funções que são novas para os tratores. Estes incluem o deslocamento para frente variável e controlado ativamente do eixo dianteiro (direção E), a função de reforço elétrico para aceleração rápida durante o transporte (E-boost), a compensação de picos de carga (enchimento de torque E), puramente diesel-elétrico dirigindo durante trabalho leve e rap id mudanças de direção em baixas rotações do motor em cada caso (modo E-CVT/E-shuttle), juntamente com o retardador de freio com potência contínua de 20 kW (E-braking). Outras funções incluem a distribuição variável de torque entre os eixos (vetorização de torque E) e o fornecimento de energia elétrica de até 75 kW aos implementos (implemento E).

Desenvolvimento evolutivo para caixas de câmbio

O conceito híbrido da CNH enquadra-se na tendência de conceitos de propulsão holísticos que vão além dos sistemas anteriores de caixa de câmbio do motor diesel para permitir novas funções. Exemplos anteriores incluem o conceito de caixa de câmbio/tração integral VarioDrive da Fendt e a caixa de câmbio eAutoPowr da John Deere, com divisão de potência eletromecânica e a opção de saída de corrente para implementos.

A Fendt introduziu o VarioDrive pela primeira vez em 2015 para a série 1000 e, desde então, tem movido sucessivamente este conceito para classes de desempenho mais baixas. Seguindo as séries 900 e 700, a tração integral sem tensão, que é permanentemente acionada até 25 km/h, também foi introduzida na nova série 600 Vario de 4 cilindros.

A John Deere vem instalando o eAutoPowr no modelo top 8R410, para o qual anteriormente não havia opção de transmissão continuamente variável, desde 2022.

Novas caixas de câmbio escalonadas e continuamente variáveis não foram anunciadas nos últimos dois anos, mas houve desenvolvimentos adicionais interessantes. Claas também usa a caixa de câmbio continuamente variável Eccom 5.5 da ZF, que foi introduzida junto com uma nova caixa de transferência de bomba para a série XERION anterior (4200/4500/5000) para o ano modelo 2023, nos novos modelos XERION da série 12 (potência máxima de até 653 HP). No entanto, devido aos elevados binários da unidade de 15,6 litros com seis cilindros e um composto turbo da Mercedes-Benz, um “estágio de alta transmissão” está integrado na caixa de velocidades da bomba. Isto permite que os torques de entrada da caixa de câmbio sejam reduzidos e as saídas do motor sejam transmitidas em velocidades mais altas.

Na Agritechnica, a Claas também introduzirá um novo modo de carregador frontal para os modelos de tratores Arion 500 e 600 com suas próprias caixas de câmbio continuamente variáveis (EQ200/EQ220). Isto permite o controle de torque/impulso através do pedal do acelerador ao atingir material a granel ou pilhas de esterco, como é o caso de carregadeiras de rodas ou carregadeiras telescópicas com conversores de torque hidrodinâmicos. Isto deverá tornar o enchimento dos implementos do carregador frontal mais fácil e conveniente.

A tecnologia dos chassis está sendo adaptada

A tecnologia dos chassis está se tornando mais importante à medida que a potência e o peso dos grandes tratores aumentam. Portanto, a Claas desenvolveu novos acionamentos de esteira triangular para a série XERION da série 12, que são construídos internamente. Este projeto foi necessário porque os novos carros-chefes também são equipados com direção Ackermann e não com a direção articulada usual nesta classe de desempenho. A grande roda motriz dos acionamentos da esteira, juntamente com os dois rolos de deflexão, é montada em uma estrutura principal que pode oscilar +/- 10°. A suspensão boogie dos dois rolos intermediários está integrada em um braço oscilante separado, que é amortecido por elementos de borracha.

Na Europa, os modelos da série 12 são oferecidos exclusivamente com acionamentos de esteira, também chamados de TERRATRAC. Para mercados com requisitos de largura menos rigorosos, os tratores também estão disponíveis com chassis com rodas. Podem ser montados aqui pneus duplos com dimensão 800/70R42 e consequentemente diâmetro externo de 2,15 m, o que ainda não é oferecido pelos “concorrentes articulados”.

A Case IH, pioneira em material rodante de 4 esteiras e esteiras triangulares em tratores de grande porte, também intensificou seus esforços. Para aplicar ao solo a potência máxima de 778 HP do novo carro-chefe Quadtrac 715 (motor de 6 cilindros com 15,9 l de cilindrada e turboalimentação de 2 estágios), os acionamentos das esteiras foram alongados em 10 cm e o diâmetro da roda motriz foi aumentado para mais de 100 cm. Agora também podem ser encomendados com a suspensão do material rodante PowerFlex, que não só proporciona mais conforto, mas também melhor rastreamento do solo. Anteriormente, os acionamentos de esteira triangular montados em molas estavam disponíveis apenas para colheitadeiras grandes, mas não para tratores pesados.

Os sistemas de ajuste de pressão dos pneus (Sistema Central de Inflação dos Pneus - CTIS) são cada vez mais oferecidos de fábrica pelos fabricantes de tratores. Estas incluem soluções integradas e aquelas com linhas roteadas externamente. Devido à crescente importância das pontas de eixo em todo o mundo (entre outras coisas, como resultado do controle mecânico de ervas daninhas), a Fendt adaptou o sistema "VarioFlex Duals" com uma ponta de eixo de 3 m e um cubo de roda dupla, que já foi comprovado no exterior, para uma largura externa aprovada < 2,55 m para a Europa. A utilização de pesos nas rodas e do sistema integrado de ajuste da pressão dos pneus VarioGrip continua a ser possível.

Desenvolvimento contínuo de funções de conforto

Muitos fabricantes introduziram cabines novas e, em alguns casos, maiores, com sistemas digitais de operação e exibição para suas séries de tratores nos últimos anos (exemplos: conceito operacional FendtONE ou cabina Massey Ferguson 8S). No passado recente, contudo, o desenvolvimento de cabinas e sistemas operacionais tendeu a ocorrer na área “evolucionária”.

A Case IH apresenta o “Adaptive 360° Work Lighting”, um sistema de iluminação que proporciona iluminação homogênea ao redor do trator sem aumentar o número de faróis. Um elemento importante são os suportes desdobráveis na parte dianteira, a meio caminho da cabine. As configurações dos faróis montados nestes, juntamente com os dos paralamas traseiros, podem ser realizadas a partir da cabine e depois salvas. As alfaias/larguras de trabalho memorizadas podem ser acessadas através do modo "implementação automática" no menu de iluminação do painel de controle do trator. Para implementos ISOBUS, isso é realizado automaticamente durante o engate. Consequentemente, já não há necessidade de escolher entre o reajuste constante das luzes de trabalho e uma configuração de compromisso única para várias unidades.

Os sistemas anteriores de controle de cruzeiro são controlados principalmente de acordo com a velocidade das rodas e, portanto, com a velocidade teórica de condução. O deslizamento (positivo ou negativo) causado pela resistência à tração ou pelas subidas/descidas geralmente não é levado em consideração. A Fendt agora baseia a função "Real Speed Cruise Control" nas velocidades efetivas de condução registradas via GPS ou sensores de radar, melhorando assim o cumprimento da velocidade SET. Isto é vantajoso, entre outras coisas, quando se aplicam fertilizantes e agentes de proteção de culturas.

Com o ErgoSteer, a Fendt também introduz a direção por joystick no apoio de braço esquerdo - além do volante. Isto também pode ser usado para alterar a direção da viagem e ativar a orientação de faixa. A autocentragem permite conduzir sempre em linha reta com precisão e a sensibilidade da direção pode ser definida individualmente no painel de controle do trator. Um aspecto interessante aqui é: o ErgoSteer pode ser adaptado a todos os tratores com FendtONE.

Nos tratores atuais, a força de tração é normalmente controlada através dos braços inferiores. Levantar ou baixar o engate de 3 pontos faz frequentemente com que a posição dos implementos de lavoura deixe de ser paralela ao solo, o que pode ter um efeito negativo na qualidade do trabalho. Para otimizar isso, a Claas agora também inclui o braço superior hidráulico no controle multidimensional de 3 pontos. Para determinar a posição, sensores de medição de altura são montados no implemento na parte dianteira e traseira, que transmitem os sinais para o sistema eletrônico de controle do trator. Estes sinais são convertidos numa configuração de controle para o comprimento do braço superior através de uma unidade de controle hidráulico adicional, resultando no ajuste automático da inclinação longitudinal do implemento.

A autonomia apresenta novos desafios

Sistemas de direção automática e opções de programação para sequências operacionais recorrentes, por exemplo no promontório, estão disponíveis em tratores há anos. O próximo passo agora é tentar “autonomizar” os implementos tratores. Dependendo do nível de autonomia, o condutor deverá apenas necessitar de monitorizar os processos de trabalho; em casos extremos, ele/ela não deverá mais ser necessário. Vários fabricantes estão, portanto, apresentando sistemas para a transferência de veículos totalmente autônomos ou para monitoramento da qualidade do trabalho. Um exemplo disso é o Sistema de Transporte de Veículos (VTS) Krone/Lemken para a Unidade de Engenharia de Processos (VTE) autônoma. Uma barra de tração permite que o veículo e seus implementos sejam movimentados até o campo por um trator “normal”. A estratégia de direção é adaptada à velocidade para que seja estável em altas velocidades e siga de perto nas curvas/entradas. O freio de serviço do veículo trator autônomo, que é considerado um veículo rebocado na estrada quando utiliza o novo sistema VTS, é acionado por meio de um sistema de freio a ar de 2 condutores padrão.

A New Holland está a adotar uma abordagem ligeiramente diferente com o trator movido a bateria T4 Electric Power, introduzindo-lhe autonomia e funcionalidades de segurança interessantes que já poderão ser benéficas para utilização prática num futuro próximo. Os sistemas de câmeras montados no teto da cabine e na parte frontal do capô permitem, por exemplo, uma visão panorâmica do trator de 360° que pode ser transmitida ao painel de controle da cabine, o reconhecimento de implementos montados na traseira para um engate simplificado e a transmissão automática Desconexão da tomada de força caso pessoas se aproximem demais do eixo da tomada de força.

Além disso, existem as funções "Modo Rota" (o trator segue uma sequência de condução definida, por exemplo em pomares), "Balde Invisível" (visão melhorada durante o trabalho do carregador frontal através da "edição" dos implementos no painel de controle da cabine) e "Me siga". A modalidade “Follow Me” deverá ser particularmente interessante para trabalhos em que o condutor tem de subir e descer constantemente para fazer avançar o veículo alguns metros, como é o caso, por exemplo, na colheita manual de legumes ou na montagem de vedações. Para isso, o motorista deve ativar o modo no painel de controle do trator e depois ir até a área de detecção frontal do trator para “identificação”. O trator então segue apenas essa pessoa. Além disso, existe um sistema de controle por gestos que permite ao trator receber instruções de condução por meio de sinais manuais.

Por Roger J. Stirnimann, professor da Escola de Ciências Agrícolas, Florestais e Alimentares (Zollikofen, Suíça)