Фермер 3. Железный конь

Глава 15 Поиск решений

К половине девятого утра мы с Кутузовым уже сидели в служебной «Волге» ГАЗ-24, направляясь в областной центр. Петр Васильевич в лучшем костюме темно-серого цвета и чистой белой рубашке, поверх легкое пальто. В руках он держал кожаный портфель с образцами наших расчетов и самодельный прибор для измерения емкости аккумуляторов.

— Виктор Алексеевич, — сказал лаборант, поправляя очки, — а вы уверены, что в институте нам помогут? Все-таки мы из совхоза, не из академической среды.

— Петр Васильевич, — ответил я, переключая передачу, — ученые любят решать интересные задачи. А наша задача действительно интересная.

Дорога до Барнаула заняла два с половиной часа. Весеннее утро выдалось ясным и теплым, термометр показывал плюс пятнадцать градусов. «Волга» шла ровно по асфальтированной трассе, двигатель ЗМЗ-24 работал уверенно.

НИИ химических источников тока при Алтайском политехническом институте размещался в новом четырехэтажном здании из силикатного кирпича на улице Ленина. Вывеска над входом гласила: «Научно-исследовательский институт электрохимии и химических источников тока».

В просторном холле пахло химическими реактивами и озоном. На стенах висели стенды с фотографиями различных типов батарей, схемами электрохимических процессов и портретами ученых-электрохимиков. За стойкой дежурного сидела женщина лет сорока в строгом костюме.

— К кому вы? — спросила она, изучая наши документы.

— К специалистам по аккумуляторным батареям, — ответил я. — Из совхоза «Заря», консультируемся по техническим вопросам.

— Сейчас вызову, — сказала она, снимая трубку внутреннего телефона. — Семен Петрович, к вам посетители из сельского хозяйства… Да, по аккумуляторам… Хорошо, сейчас проведу.

Мы поднялись на третий этаж и прошли по длинному коридору с линолеумным покрытием. В воздухе ощущался запах серной кислоты и паяльной кислоты, привычные ароматы электротехнических лабораторий.

Кабинет кандидата технических наук Семена Петровича Калинина оказался просторным помещением с большими окнами и высокими потолками. За письменным столом сидел мужчина лет пятидесяти с седеющей бородкой и внимательными глазами за очками в металлической оправе. На стенах висели схемы различных электрохимических систем, а на полках стояли образцы аккумуляторов разных типов.

— Семен Петрович Калинин, — представился он, вставая и протягивая руку для рукопожатия. — Заведующий лабораторией химических источников тока. Чем могу помочь сельскому хозяйству?

— Виктор Корнилов, главный агроном совхоза «Заря», — ответил я. — Петр Кутузов, лаборант. Работаем над электрификацией сельхозтехники.

— Интересно, — Калинин указал на стулья перед столом. — Присаживайтесь, расскажите подробнее.

Я рассказал о нашем эксперименте с электротрактором, о достигнутых результатах и существующих проблемах. Кутузов показывал расчеты и схемы, объяснял технические детали конструкции.

— Понятно, — кивнул Калинин, изучая наши материалы. — Типичные проблемы свинцово-кислотных аккумуляторов: малая энергоплотность, большой вес, ограниченный срок службы.

— А есть альтернативы? — поинтересовался Кутузов.

Калинин встал и подошел к стеллажу с образцами батарей:

— Конечно есть. Вот, например, железо-никелевые аккумуляторы, — он взял в руки прямоугольную батарею в стальном корпусе. — Изобретение Эдисона, между прочим. У нас их производят на заводе «Ригель» в Саратове.

— А каковы характеристики? — спросил я.

— Энергоплотность в полтора-два раза выше свинцовых, — начал перечислять ученый. — Срок службы пятнадцать-двадцать лет против трех-четырех лет. Работают при температурах от минус сорока до плюс пятидесяти. Не боятся глубокого разряда.

— Звучит превосходно, — заметил Кутузов. — А недостатки?

— Стоимость в два-два с половиной раза выше, — признал Калинин. — Сложнее в производстве. И саморазряд больше теряют около двадцать процентов заряда в месяц.

Я быстро прикинул в уме экономику. Если аккумуляторов нужно вдвое меньше, а служат они в четыре раза дольше, то переплата в два с половиной раза быстро окупается.

— Семен Петрович, а можно заказать экспериментальную партию? — спросил я.

— В принципе да, — задумался ученый. — У меня есть связи с заводом. Но потребуется техническое обоснование, расчеты нагрузок, режимы эксплуатации.

Кутузов достал из портфеля подробные схемы нашего электротрактора:

— Вот полная техническая документация. Мощность электродвигателя, профиль нагрузки, условия эксплуатации.

Калинин внимательно изучил наши чертежи:

— Интересное решение… А что с зарядкой? Железо-никелевые аккумуляторы требуют иного режима заряда, чем свинцовые.

— В чем отличие? — поинтересовался я.

— Нужен стабилизированный ток, контроль температуры, специальный профиль заряда, — объяснил Калинин. — Но это решаемо. Могу дать схему зарядного устройства.

Он подошел к чертежной доске и начал набрасывать принципиальную схему:

— Трансформатор, выпрямитель на кремниевых диодах, стабилизатор тока на транзисторах, термодатчики…

— А комбинированные системы? — спросил Кутузов. — Основные аккумуляторы плюс конденсаторы для пиковых нагрузок?

— Возможно, — кивнул ученый. — Но нужны специальные конденсаторы. Обычные электролитические быстро выйдут из строя при больших токах.

— Какие нужны? — уточнил я.

— Танталовые или специальные высокотоковые электролитические, — ответил Калинин. — Дорогие, но надежные. Или можно попробовать ионисторы, новый тип накопителей энергии.

— Ионисторы? — переспросил Кутузов.

— Конденсаторы с двойным электрическим слоем, — пояснил ученый. — Емкость в тысячи раз больше обычных, быстро заряжаются и разряжаются. Но это пока экспериментальная технология.

Я почувствовал, что мы на правильном пути. Каждая новая информация открывала возможности для усовершенствования нашего электротрактора.

— Семен Петрович, — сказал я, — а не хотели бы вы стать научным консультантом нашего проекта?

Калинин задумался:

— Проект действительно интересный… Электрификация сельского хозяйства дело будущего. Но у меня много работы, планы исследований…

— Мы не требуем постоянного присутствия, — заверил я. — Периодические консультации, помощь с выбором оборудования, научное обоснование решений.

— И какие условия? — практично поинтересовался ученый.

— Оплата консультаций, плюс возможность совместных публикаций, плюс приоритет в патентовании изобретений, — предложил я.

Калинин обменялся взглядами с Кутузовым, который одобрительно кивнул:

— Ладно, согласен. Но с условием: если проект свернут, никаких претензий.

— Конечно, — согласился я. — А сейчас можете дать конкретные рекомендации по улучшению нашей конструкции?

Ученый сел за стол и взял чистый лист бумаги:

— Первое заменить половину свинцовых аккумуляторов на железо-никелевые. Получится гибридная система: дешевые для базовой нагрузки, дорогие для пиковых режимов.

— А как технически это реализовать? — спросил Кутузов.

— Нужен контроллер заряда-разряда, — нарисовал Калинин схему. — Он будет распределять нагрузку между разными типами батарей в зависимости от режима работы.

— Сложно? — поинтересовался я.

— Для специалиста нет, — ответил ученый. — Несколько реле, тиристоров, схема управления на транзисторах. У меня есть готовые решения для промышленных установок.

— Второе, — продолжил Калинин, — оптимизировать профиль нагрузки. Не все операции требуют максимальной мощности. Культивация, боронование — легкие режимы. Пахота, уборка — тяжелые.

— И что это дает? — уточнил Кутузов.

— Можно программировать контроллер под разные работы, — объяснил ученый. — В легком режиме использовать только дешевые аккумуляторы, в тяжелом подключать дорогие.

Я записывал каждое слово. Это была именно та информация, которая нам нужна.

— Третье, — Калинин показал еще одну схему, — рекуперация энергии торможения. При спуске с холма, замедлении трактор может подзаряжать аккумуляторы.

— Насколько это эффективно? — спросил я.

— Для автомобиля дает десять-пятнадцать процентов экономии энергии, — ответил ученый. — Для трактора меньше, но все равно полезно.

К середине дня у нас был готов подробный план модернизации электротрактора. Калинин дал координаты поставщиков комплектующих, схемы зарядных устройств, рекомендации по оптимизации конструкции.

— А сроки? — поинтересовался я. — Нам нужно к октябрю.

— Реально, — кивнул ученый. — Если не будет проблем с поставками аккумуляторов. Заводу нужен месяц на изготовление экспериментальной партии.

— Тогда заказываем, — решил я. — Десять железо-никелевых аккумуляторов емкостью двести ампер-часов каждый.

Калинин записал заявку в блокнот:

— Свяжусь с заводом сегодня же. А вы готовьте техническое задание и предоплату.

— Сколько это будет стоить? — практично спросил Кутузов.

— Около четырех тысяч рублей, — подсчитал ученый. — Плюс доставка, плюс контроллер управления.

— Дорого, — вздохнул лаборант.

— Но окупается, — возразил я. — Если все получится, у нас будет трактор, работающий шесть-восемь часов без перерыва.

Мы обедали в институтской столовой, продолжая обсуждать технические детали. Калинин оказался не только знающим специалистом, но и энтузиастом своего дела. Он искренне верил в будущее электротранспорта.

— Знаете, — сказал он за компотом из сухофруктов, — ваш проект может стать пионерским. В мире электрификация транспорта только начинается. Если СССР будет первым в электрических сельхозмашинах…

— Это большой плюс для нашей страны, — согласился Кутузов.

— И для науки, — добавил ученый. — Можно написать серию статей, выступить на конференциях, получить признание научного сообщества.

После обеда Калинин показал нам лаборатории института. В одной проводили испытания автомобильных аккумуляторов, в другой разрабатывали батареи для космической техники, в третьей изучали новые электрохимические системы.

— А это наша гордость, — сказал он, останавливаясь у стенда с экспериментальными образцами. — Литий-ионные элементы. Энергоплотность в три раза выше свинцовых.

— И когда они появятся в серийном производстве? — заинтересовался я.

— Лет через десять-пятнадцать, — ответил ученый. — Пока технология слишком сложная и дорогая.

Знания из будущего подсказывали мне, что литий-ионные аккумуляторы действительно появятся позже, но станут основой всего электротранспорта.

— А можно заказать несколько экспериментальных элементов? — спросил я. — Для испытаний.

— Можно, — кивнул Калинин. — Но очень дорого. Один элемент стоит как автомобиль.

— Тогда пока обойдемся железо-никелевыми, — решил я.

К вечеру мы загружали «Волгу» образцами аккумуляторов, схемами, техническими описаниями. Калинин дал нам контакты заводов-поставщиков, рекомендации по проектированию зарядных устройств, список необходимой литературы.

— Семен Петрович, спасибо за помощь, — сказал я, пожимая ему руку. — Без ваших консультаций мы бы не справились.

— Обращайтесь, — ответил ученый. — Проект перспективный, стоит потраченных усилий.

На обратном пути Кутузов молча изучал полученные материалы. Наконец он отложил бумаги и сказал:

— Виктор Алексеевич, теперь я верю, что мы создадим действительно хороший электротрактор. С такими аккумуляторами и системами управления получится машина, не уступающая дизельной.

— А может быть, и превосходящая, — добавил я. — Главное довести дело до конца.

К половине седьмого вечера мы вернулись из Барнаула. В багажнике «Волги» лежали образцы железо-никелевых аккумуляторов, папки со схемами и техническими описаниями, а главное, детальный план модернизации нашего электротрактора.

У мастерских МТМ нас уже ждали. Володя Семенов в рабочем комбинезоне поверх чистой рубашки стоял возле нашего электротрактора с блокнотом в руках. Рядом толпились Федька и Колька, явно взволнованные нашим отсутствием. Дядя Вася сидел на деревянном ящике, курил самокрутку и внимательно изучал конструкцию машины.

— Виктор Алексеич, ну как съездили? — первым подбежал Федька. — Что сказали ученые?

— Сказали, что наша затея стоящая, — ответил я, выгружая из машины образцы аккумуляторов. — И дали рекомендации, как сделать лучше.

Кутузов достал из багажника металлический ящик размером с небольшой чемодан:

— Вот, привезли образец железо-никелевого аккумулятора. Энергии в нем столько же, сколько в двух наших свинцовых.

— А весит сколько? — поинтересовался Колька, пытаясь поднять ящик.

— Килограммов тридцать, — ответил Кутузов. — Против пятидесяти у двух свинцовых.

Дядя Вася поднялся с ящика и подошел ближе:

— А служить будет дольше?

— В четыре раза дольше, — подтвердил я. — Лет пятнадцать-двадцать против трех-четырех.

— Ого, — присвистнул старый механизатор. — Значит, и менять реже придется.

Володя открыл блокнот:

— Виктор Алексеевич, а я тут прикидывал экономику разных вариантов. Если поставить десять таких аккумуляторов вместо двадцати свинцовых…

— Погоди, Володя, — остановил я его. — Сейчас все расскажем подробно. Но сначала посмотрим, что с нашей машиной.

Мы подошли к электротрактору. За день простоя с ним ничего не случилось, стоял на зарядке, зеленая лампочка мигала, показывая, что аккумуляторы восстанавливают емкость.

— А сколько он сегодня работал? — спросил Кутузов.

— Два часа утром, — ответил Федька. — Дядя Вася просил покатать навоз на поле. Потом сел, пришлось ставить заряжаться.

— Два часа… — вздохнул я. — Маловато для настоящей работы.

— Зато тихо как работает! — воскликнул Колька. — Я рядом стоял, только шум колес слышно. И дыму никакого.

Семеныч появился из глубины мастерской, вытирая руки промасленной тряпкой:

— А, вернулись! Ну что, будем улучшать нашу электрическую игрушку?

— Будем, Александр Михайлович, — кивнул я. — Причем серьезно улучшать.

Я достал из папки схему гибридной системы питания, которую нарисовал Калинин:

— Смотрите, товарищи. Будем ставить два типа аккумуляторов. Десять обычных свинцовых для постоянной работы и пять железо-никелевых для пиковых нагрузок.

Володя склонился над схемой:

— А как они между собой работать будут?

— Через специальный контроллер, — показал Кутузов соответствующую схему. — При легкой работе — культивации, бороновании — используются только дешевые аккумуляторы. При тяжелой — пахоте, транспортных работах — подключаются дорогие.

— Хитро придумано, — признал дядя Вася, изучая чертеж. — А делать сложно?

— Не очень, — ответил я. — Несколько реле, контакторов, схема управления. Федька сможет корпус сварить, Кутузов электронику собрать.

Федька воодушевился:

— А когда начнем?

— Прямо сейчас, — решил я. — Времени до осени немного, каждый день дорог.

Мы принялись за работу. Первым делом нужно освободить место для дополнительных аккумуляторов. Я предложил поставить их в специальном отсеке позади кабины, где обычно крепились противовесы.

Семеныч изучил конструкцию трактора:

— Место есть, но крепить надо надежно. Аккумуляторы тяжелые, при тряске могут оторваться.

— Сварим специальную раму, — предложил Федька. — Из уголка пятьдесят на пятьдесят, с амортизаторами.

Пока он занимался изготовлением креплений на сварочном посту ТД-500, мы с Кутузовым и Володей разрабатывали схему контроллера. Лаборант достал из жестяной коробки набор радиодеталей — транзисторы КТ315, реле РПУ-0, тиристоры КУ202.

— Принцип такой, — объяснял Кутузов, рисуя схему на доске. — Датчик тока измеряет нагрузку на двигатель. Если ток меньше пятидесяти ампер, работают только свинцовые аккумуляторы. Больше пятидесяти, подключаются железо-никелевые.

— А переключение автоматическое? — спросил Володя.

— Полуавтоматическое, — уточнил лаборант. — Контроллер дает сигнал, а оператор нажимает кнопку. Так надежнее.

Дядя Вася внимательно слушал объяснения:

— А если я не успею кнопку нажать? На пахоте иногда резко нагрузка меняется.

— Предусмотрена защита от перегрузки, — успокоил его Кутузов. — Если ток превысит безопасные значения, система сама отключит двигатель.

К девяти вечера Федька закончил изготовление крепежной рамы для дополнительных аккумуляторов. Конструкция получилась основательной, сварена из стального уголка, с резиновыми прокладками и надежными замками.

— А теперь самое интересное, — сказал я, доставая из ящика образец железо-никелевого аккумулятора. — Попробуем подключить новую батарею.

Аккумулятор выглядел непривычно. Вместо привычных свинцовых пластин в серной кислоте, стальной корпус с щелочным электролитом. На крышке две клеммы с маркировкой «+» и «-», плюс небольшой штуцер для выхода газов.

— А заряжается как? — поинтересовался Колька.

— По-другому, — ответил Кутузов, подключая вольтметр к клеммам. — Нужен специальный режим зарядки, стабилизированный ток.

— Напряжение 1,2 вольта, — прочитал он показания прибора. — Нормально для щелочного аккумулятора.

Мы аккуратно установили экспериментальную батарею в крепежную раму и подсоединили к основной электрической схеме через дополнительный контактор.

— Володя, включи систему, — попросил я. — Посмотрим, как все работает.

Молодой инженер нажал кнопку главного контактора. Загорелись контрольные лампы, зажужжал вентилятор охлаждения, амперметр показал ток покоя два ампера.

— А теперь попробуем подключить железо-никелевый аккумулятор, — сказал Кутузов, замыкая дополнительный контактор.

Ток покоя вырос до полутора ампера, напряжение в системе поднялось до двухсот пятидесяти вольт.

— Отлично, — констатировал я. — Две системы работают параллельно.

— А теперь самое главное, — сказал дядя Вася. — Поедет или нет?

Я забрался в кабину трактора. На панели управления появились дополнительные приборы, вольтметр для контроля железо-никелевых аккумуляторов и амперметр для измерения тока нагрузки.

— Пробуем в легком режиме, — сообщил я, выжимая сцепление и включая первую передачу.

Медленно повернул рукоятку реостата. Трактор плавно тронулся с места, работая только от свинцовых аккумуляторов. Амперметр показывал тридцать ампер, в пределах нормы для легкого режима.

— Работает, — доложил я. — Железо-никелевые аккумуляторы пока не задействованы.

— А теперь тяжелый режим, — попросил Кутузов.

Я включил вторую передачу и резко добавил «газу». Нагрузка на двигатель выросла, амперметр показал восемьдесят ампер. На панели управления загорелась желтая лампочка, сигнал о необходимости подключения дополнительных батарей.

Нажал кнопку «Подключить железо-никелевые». Раздался щелчок контактора, ток нагрузки упал до шестидесяти ампер, но тяговые характеристики трактора заметно улучшились.

— Поехали на улицу, испытывать на подъеме, — предложил Семеныч.

Мы выехали из мастерской на совхозную дорогу. В отличие от вчерашних испытаний, модернизированный трактор вел себя увереннее. На подъеме, где раньше приходилось снижать скорость, теперь он легко поддерживал обороты.

— Дядя Вася, попробуйте, — предложил я, останавливая машину.

Старый механизатор с удовольствием забрался в кабину:

— Ну-ка, посмотрим на эти новинки.

Он осторожно тронулся с места в легком режиме, проехал несколько десятков метров, затем переключился на тяжелый режим и нажал кнопку подключения железо-никелевых аккумуляторов.

— Ого! — воскликнул он. — Как добавил! Сразу тягу почувствовал.

— А сложно переключаться? — поинтересовался Федька.

— Ничего сложного, — ответил дядя Вася, возвращаясь к мастерским. — Лампочка загорелась, кнопку нажал. Даже проще, чем у комбайна с вариатором.

Мы вернули трактор в мастерскую и поставили на зарядку. Теперь зарядное устройство показывало две системы, основную и дополнительную.

— А сколько теперь работать будет? — спросил Колька.

— По расчетам, часов пять-шесть, — ответил Володя. — В полтора раза дольше, чем раньше.

— И заряжаться быстрее, — добавил Кутузов. — Железо-никелевые аккумуляторы можно заряжать большим током.

Семеныч задумчиво осмотрел модернизированный трактор:

— Знаете что, товарищи, а ведь машина получается дельная. Для многих работ самое то, тихо, чисто, надежно.

— А главное, экономично, — подчеркнул я. — Электричество у нас почти дармовое, от собственной ГЭС.

Дядя Вася прикурил новую самокрутку:

— А я вот что думаю. На ферме такой трактор был бы золотой. Навоз возить, сено подвозить, корма развозить. И коровы не пугаются, тихо работает.

— Правильно думаете, Василий Петрович, — согласился Кутузов. — В закрытых помещениях электротрактор вообще незаменим.

— А на поле? — поинтересовался Федька. — Пахать можно?

— Можно, — кивнул я. — Только нужно правильно режимы использовать. Легкие работы на свинцовых аккумуляторах, тяжелые с подключением железо-никелевых.

Время приближалось к десяти вечера. Рабочий день затянулся, но результат того стоил. Модернизированный электротрактор работал заметно лучше первоначального варианта.

— Ну что, товарищи, — сказал я, когда мы заканчивали работу, — первый этап модернизации завершен. Завтра проведем полные испытания, измерим все параметры.

— А послезавтра покажем Хрущеву, — добавил Володя.

— Покажем, — согласился я. — И пусть попробует найти недостатки у машины, которая работает в полтора раза дольше и стоит всего на пятнадцать процентов дороже.

Семеныч собирал инструменты в ящик:

— А я завтра попрошусь оператором. Хочу на настоящей работе испытать, навоз развезти, землю прокультивировать.

— Отлично, Александр Михайлович, — обрадовался я. — Настоящие испытания это как раз то, что нам нужно.

За окнами мастерской наступила майская ночь. Где-то в отдалении мерцали огни совхозных домов, слышались голоса людей, возвращающихся с работы. Обычная жизнь продолжалась.

А мы делали еще один шаг в будущее. К машинам, которые работают тише, чище и экономичнее традиционных. К технике, которая не отравляет воздух и не пугает животных.

К электрическому завтра сельского хозяйства.

— До свидания, товарищи, — попрощался я с командой. — Завтра продолжим совершенствовать наше детище.

— До свидания, Виктор Алексеевич, — ответили они хором.

Модернизированный электротрактор тихо стоял на зарядке, готовясь к новым испытаниям. Два типа аккумуляторов, автоматический контроллер переключения, улучшенная система управления, все это делало его гораздо более совершенной машиной.

Машиной, которая могла изменить представление о том, какой должна быть сельскохозяйственная техника.