田间升降机在杏仁、山核桃、榛子、核桃和开心果等树坚果作物的收获中发挥着至关重要的作用。它们用于将坚果输送到料斗卡车或堆场，有助于在秋季收获季节每天加工 5 万至 25 万磅的产品。
据称，Flory 4840E 电动现场提升机每台设备每天可减少高达 126 磅的碳排放。（图片：Flory Industries）柴油动力油田升降机在两次负载之间约有 80% 的工作时间处于低负荷怠速状态，约占总燃料消耗的 45%。这种长时间的非生产性运行与瞬时动力需求交替出现，使得这类设备成为电气化动力系统的理想目标。
弗洛里工业公司是一家领先的坚果收割设备制造商，它认识到电气化在该应用中的潜力，并寻找潜在的供应商。
“2023年初，我们与几家大型原始设备制造商（OEM）会面，了解他们提供的大容量锂离子电池，”Flory Industries的工程师Kyle Dreyer（注册工程师）说道。“我们最终选择卡特彼勒，是因为他们在我们柴油发动机项目方面提供了无与伦比的支持。我们深知，卡特彼勒及其加州代理商Holt of California将在项目从概念到完成的整个过程中发挥至关重要的作用。”
由此产生的示范项目成为第三方 OEM 厂商首次展示使用卡特彼勒电池解决方案的原型机。
电气化组成部分
Flory 4840E 电动场电梯原型机采用了一系列 Rexroth eLion 电动动力系统组件——包括一台 130 马力的电动机——以及一块 600 伏、64 千瓦时的 Cat 锂离子电池。
该示范项目是第三方原始设备制造商首次展示采用卡特彼勒电池解决方案的原型机。（图片：Flory Industries）“我们之所以选择力士乐的eLION系列组件，是因为它们能够提供我们电梯所需的全部动力和充电组件，”德雷尔说。“力士乐及其集成合作伙伴液压控制公司提供的支持也是另一个决定性因素。”
这些组件的工作电压范围为 275 至 825 伏直流电。“这促使我们采用 600 伏的卡特彼勒电池——而且 600 伏的电压足以满足我们未来所有电气化设备的电力需求，”德雷尔指出。“卡特彼勒电池是我们自主设计的，采用灵活的模块化设计。这两个因素让我们相信它是一款可靠的产品，并且不会受到供应链问题的影响。”
电池和电动动力总成部件需要液冷。“我们找到了AKG，他们一直是我们发动机冷却系统的可靠供应商。他们的AKG Green产品系列提供了我们需要的解决方案，”Dreyer说道。“我们为电池电路采用了5kW电池热管理系统。此外，我们还使用了他们的大功率电力电子冷却系统，以确保eLion组件保持在合适的温度。”
集成解决方案
加州霍尔特公司是当地的卡特彼勒经销商，该公司运用其对弗洛里设备架构和工作周期的专业知识，为示范项目提供日常工程、集成和测试支持。
工程师们正在优化该系统，目标是实现单次充电即可满足现场标准10小时的作业需求，并可在夜间完成完全充电。该团队正在将电池与逆变器、电机、电子控制系统、数字服务和其他关键技术集成到一个高功率密度解决方案中。卡特彼勒表示，该方案不仅解决了用户的常见问题，还展现了诸多优势。
通过用电动动力系统取代传统发动机，据称这套新系统每天每台现场作业的机器可减少高达 126 磅的碳排放，同时还能省去柴油的采购、运输和储存成本。德雷尔表示，一台柴油动力田间提升机每天工作 10 小时大约需要消耗 95 美元的燃料，而 4840E 型电动田间提升机在相同时间内仅需 5 美元的电费。
4840E还能提供瞬时扭矩。“即使皮带过载，这台机器也从未发生过停机。柴油提升机偶尔会停机，需要农民用铲子把皮带上的螺母铲下来，”德雷尔指出。
低噪音是另一大优势。“4840E 在卸货间隙几乎没有声音，”德雷尔说。“降噪效果对附近的居民来说非常好，而且出乎意料的是，农场工人也很喜欢这个功能。”
此外，德雷尔表示，如果农民交出旧的柴油电梯，圣华金谷空气污染控制区可以承担电动电梯高达 85% 的费用。
卡特彼勒公司生产的 Flory 4840E 电动场提升机中的 Cat 电池。（图片：卡特彼勒公司）开发工作正在进行中
Flory公司的工程师们正在位于加州萨利达的公司总部和研发中心协调这项示范项目，并得到了卡特彼勒和加州霍尔特公司位于萨克拉门托地区的团队的支持。首批原型机已成功完成2024年的完整收割测试（见下文）。
据德雷尔称，弗洛里工业公司希望利用该项目获得电池电动动力总成方面的专业知识，以便在法规或技术进步使电气化成为首选解决方案时做好准备。
“我们也希望与电池电动领域的供应商建立合作关系，”他说道。“在农业领域，有很多机械设备都使用低负荷循环的柴油发动机。像我们的田间提升机，它们将是改用电池动力的绝佳案例。”
4840E 项目已经证明可以引发农民们对电动设备的看法以及在偏远地区充电所面临的挑战的讨论。
德雷尔说：“农民们对电池电动汽车非常感兴趣，尤其是当它可以降低他们的拥有成本时。”
4840E 型电动电梯的试生产单元计划于 2025 年交付客户，预计于 2026 年全面投产。
编者按：卡特彼勒和弗洛里工业公司的原型演示项目入围了 2024 年动力进步峰会奖年度非公路产品应用奖的决赛。
现场测试结果
卡特彼勒公司表示，Flory 4840E 电动田间升降机在加州中央谷地秋收季节完成的实地测试成功表明，600 伏电池驱动动力系统能够提供目前传统 74 马力柴油发动机所能提供的性能、可靠性和耐用性，同时减少维护并实现零尾气排放。
在加州霍尔特公司的支持下，该原型机在加州的杏仁和核桃园进行了为期七周的测试，其中一个测试地点是位于莫德斯托的占地 1200 英亩的海因里希农场。测试期间，该设备单次充电即可连续工作 10 小时，共计将 422,000 磅坚果装入拖车。
2024年收割测试期间的电动原型机。（图片：Flory Industries）为了克服离网的限制，海因里希农场利用 Cat XES60 Compact ESS 移动电池储能系统，在非工作时间的夜间为电动田间升降机充满电，该系统可提供高达 56.8 kWh 的容量。
“Flory公司的电动田间提升机性能可靠，卸货速度与传统的柴油动力设备一样快，而且噪音小得多，”海因里希农场的果园经理杰拉德·海因里希说道。“它无需充电即可连续工作一整天，随着技术的不断进步，我们期待在下一次收割时再次使用它。”
该电池驱动电梯设计为可与 Cat Connect 系统配合使用，使设备所有者和 Cat 经销商能够远程监控运行和充电周期中的性能。
“通过与Flory的合作，我们获得了宝贵的经验，能够将我们在电气化和高压系统方面的知识应用于加州农场充满挑战的作业环境中，”卡特彼勒工业动力系统高级副总裁史蒂夫·弗格森表示。“该项目展现了卡特彼勒如何成功地与创新伙伴携手合作，开发能够最大限度提高电动机械在实际作业现场性能和可靠性的技术。卡特彼勒能够为客户提供从组件到洞察分析以及充电基础设施的完整生态系统。”
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