Układ przeniesienia napędu
Układ przeniesienia napędu w klasycznym pojeździe w przypadku autobusu czy to miejskiego, regionalnego czy turystycznego jest prosty i znany od dawna. Pojazdy użytkowe mają w większości przypadków napęd na oś tylną (ostatnia). Przy tym rozwiązaniu moc generowana z silnika poprzez wałek wyjściowy przenoszona jest na skrzynie biegów, z której to za pomocą wału napędowego przenoszona jest do mostu napędowego (osi napędowej), na którego końcach mamy koła (w dużym uproszczeniu).
Wał napędowy – transmisja mocy
W opisanym przypadku transmisja napędu odbywa się zawsze przy wykorzystaniu wału napędowego, służącego, jako mechaniczne połączenie skrzyni biegów odpowiadającej za zmianę przełożeń i mostu napędowego, który z wykorzystaniem mechanizmów zębatych dokonuje redukcji momentu i przenosi napęd na poszczególne koła. W zależności od odległości i ułożenia skrzyni biegów połączenie może być równej długości oraz proste lub w formie przekładni kątowej.
Wały napędowe
Wał napędowy spełnia kluczową rolę i jest jednocześnie częścią bardzo newralgiczną i narażoną na uszkodzenia wynikające z np.:
- Luzu na drążkach reakcyjnych osi – utrzymujących oś/most napędowy w stałym położeniu i kącie wobec skrzyni biegów;
- Luzu na łożyskach wałka atakującego – można zauważyć poprzez wycieki oleju, wyczuwalny luz oraz głośną pracę;
- Braku smarowania – wyposażonych w kalamitki tj. punkty smarne zarówno krzyżaków (elementów ruchomych na końcach) jak i freza.
Wał napędowy podczas przenoszenia napędu będzie się obracał zawsze dużo szybciej niż prędkość kół pojazdu ze względu na przełożenie redukujące w samym moście napędowym.
Przeniesienie napędu – autobusy elektryczne
Autobusy elektryczne w obecnej konfiguracji wyposażane są w dwa typy konstrukcji:
- Silnik centralny (elektryczny) połączony z klasycznym mostem napędowym;
- Elektryczna oś napędowa – z układem planetarnym redukcji przełożenia i silnikiem elektrycznym w piastach.
Silnik centralny
Silnik centralny
Moc szczytowa 300 kW i moment obrotowy 4500 Nm. połączony z falownikiem DC(prąd stały) z zakresu 580-750 V i AC(prąd zmienny) o wartości szczytowej 500 A i ciągłej 375 A. Łączna waga zestawu napędowego to około 285 kg. Przykładem takiego silnika jest konstrukcja firmy ZF CeTrax 300.
Jak można zauważyć na zdjęciu, silnik posiada wbudowaną przekładnie planetarną, która zapewnia redukcje przełożenia. Ma to na celu ograniczenie wartości momentu obrotowego wyrażonego w Nm. przenoszonych przez wał napędowy w wyniku ograniczeń konstrukcyjnych.
Zabudowa w autobusie elektrycznym centralnego silnika elektrycznego wraz z klasycznym mostem napędowym połączonym wałem napędowym jest najbliższa klasycznemu modelowi autobusu z napędem diesla.
Silnik centralny znajdzie na pewno swoje zastosowanie i będzie dobrze się sprawdzał w pojazdach dostawczych, ciężarowych (gdzie następuje ich ukrotnienie), ale także autobusach regionalnych czy dalekobieżnych gdzie konstrukcja LF nie jest wymagana.
Elektryczna oś napędowa
Oś napędowa AVE130
Silniki zabudowane w piastach kół osi napędowej – na rynku UE to monopolistyczny udział firmy ZF z konstrukcją AVE130. Parametry tego rozwiązania to między innymi: szczytowa moc 250 kW i moment obrotowy 22 000 Nm.! połączony z falownikiem DC(prąd stały) o nominalnej wartości 650 V i AC(prąd zmienny) o wartości szczytowej 340 A i ciągłej 250 A. Łączna waga zestawu napędowego to około 1250 kg. Przykładem takiego silnika jest konstrukcja firmy ZF AVE130.
Prędkość obrotowa silnika: 10 300 obrotów
Całkowite przełożenie mostu napędowego 1: 22,66 (przełożenie redukcyjne w portalu 1: 3,895 oraz w przekładni planetarnej 1:5,818). Przełożenie mostu napędowego następuje dwu etapowo za pomocą przekładni planetarnej znanej z opisywanej zasady we wcześniejszych artykułach. Uśredniony moment obrotowy: 8113 Nm.
Portal osi napędowej
Elektryczna oś napędowa ma szerokie zastosowanie w elektrycznych autobusach miejskich i jest obecnie bardzo popularna.
Popularność osi elektrycznej – sztucznie wspomagana
Popularność tego rozwiązania ma również inne podłoże, bardziej ekonomiczne. Producentem osi kierowanej i osi napędowej jest ten sam koncern pod nazwą ZF. W celu zachęcenia użytkownika do zakupu produktów danego producenta i tak popularyzowanej unifikacji zostaje wprowadzony aspekt ekonomiczny. Tak jak do tej pory pakiet mostu napędowego i skrzyni biegów powodował oszczędność nawet paru tysięcy euro, tak obecnie pakiet z osią powoduje nie tylko oszczędność budżetu, lecz także szybszą realizacje zamówienia.
Wady i zalety danego rozwiązania
Każde z pokazanych rozwiązań ma swoje wady i zalety. Kolejny raz muszę powtórzyć, iż należy dokonać testów w codziennej eksploatacji by móc wybrać odpowiednie rozwiązanie.
Powyższe stwierdzenie potwierdzają obecne testy największego użytkownika autobusów elektrycznych w Polsce, który testuje pojazd z silnikiem centralnym.
Dotychczasowi użytkownicy sygnalizują pewne problemy z układem chłodzenia silników elektrycznych oraz trwałością mechanizmu redukcji przełożenia i przeniesienia napędu. Jest on wyjątkowo kompaktowy jak na dotychczas znane rozwiązania. Należy w tym miejscu pamiętać o bardzo wysokim momencie obrotowym silnika, który musi zostać zredukowany przed przeniesieniem na koła.