Сучасныя сельскагаспадарчыя трактары ўтрымліваюць так шмат перадавых тэхналогій, што яны канкуруюць нават з найноўшымі касмічнымі караблямі. Але бэк-энд усё яшчэ старадаўні, у асноўным абапіраючыся на выкапнёвае паліва. Такім чынам, любая аптымізацыя эфектыўнасці трактара - гэта вялікая перамога для навакольнага асяроддзя.
Маючы гэта на ўвазе, даследчыкі Універсітэта Перд'ю распачалі праект Міністэрства энергетыкі коштам 3.2 мільёна долараў па аптымізацыі гідраўлічных сістэм, якія злучаюць трактары і абсталяванне.
«Плыўная сіла паўсюль», — сказаў Андрэа Вака, старшыня факультэта Maha Fluid Power Purdue, прафесар Машынабудаванне і аграрная і біялагічная інжынерыя, і дырэктар ст Даследчы цэнтр Maha Fluid Power, найбуйнейшай акадэмічнай лабараторыі гідраўлікі ў краіне. «Ён выкарыстоўваецца ў самалётах, аўтамабілях і ва ўсіх відах цяжкага абсталявання. Трактар з'яўляецца прыкладам транспартнага сродку, які выкарыстоўвае плыўную сілу для прывядзення ў дзеянне ўсяго, пачынаючы ад рулявога кіравання і прывада і заканчваючы харчаваннем прылад, якія ён цягне за сабой».
Але сілкаванне прылад аказалася праблемай. Гідраўлічная сістэма кіравання трактара паказала толькі 20% эфектыўнасці пры падключэнні да гідраўлічных сістэм некаторых агрэгатаў, такіх як сеялкі, сеялкі і прэсы.
"Існуе канфлікт у элементах кіравання, дзе дзве сістэмы амаль змагаюцца адна з адной", - сказаў Патрык Стамп, доктар філасофіі. студэнт машынабудаўнічага факультэта. «У выніку, калі ён падлучаны да сеялкі, трактар заўсёды павінен працаваць на вельмі высокай магутнасці, што марнуе паліва і павялічвае выкіды».
У гэтым даследаванні, якое фінансуецца Міністэрствам энергетыкі ЗША Упраўленне энергаэфектыўнасці і аднаўляльных крыніц энергіі, каманда Vacca засяродзіла сваю ўвагу на канкрэтнай камбінацыі трактара і сеялкі, абодва прадстаўленыя Кейс New Holland Industrial, з гідраўлічнымі сістэмамі, прадугледжанымі Bosch Rexroth. Глядзіце відэа.
Сеялка мае 40 футаў у шырыню, з 16 радамі пасадкі.
"У кожным шэрагу ёсць некалькі машын, якія працуюць разам, каб пасеяць насенне", - сказаў Сяафан Го, доктар філасофіі. студэнт машынабудаўнічага факультэта. «Наперадзе ёсць ачышчальнае кола для выдалення існуючай расліннасці. Рэжучы дыск праразае малюсенькую канаву ў зямлі, рухавік фактычна заганяе насенне ў зямлю, распыляльнік падае ваду і ўгнаенні ў адтуліну, а затым апошні дыск закрывае адтуліну. Ёсць 16 з гэтых пасяўных шэрагаў, якія патрабуюць пэўнага ціску для паспяховай пасадкі насення. І ўсе яны працуюць ад адной гідраўлічнай сістэмы».
Каб вырашыць праблему аптымізацыі камбінацыі трактара і сеялкі, каманда Vacca абрала трохфазны падыход. Спачатку даследчыкам трэба было ахарактарызаваць гідраўлічную сістэму і пабудаваць імітацыйную мадэль у кампутары.
«Гэтыя трактары — дарагія і складаныя машыны, — сказаў Сінь Цянь, доктар філасофіі. студэнт, які распрацоўваў мадэлі на працягу чатырох гадоў. «Такім чынам, мы пачалі з мадэлявання асобных кампанентаў і тэставання іх у стацыянарных умовах тут, у лабараторыі. Калі яны дакладныя, мы аб'ядноўваем мадэлі кампанентаў у сістэму - і тэстуем сістэму - каб мы маглі пераканацца, што ўся мадэль сапраўдная. Мадэль такая вялікая і складаная, што мая каманда называе яе "Монстар!"
Пасля праверкі сваёй мадэлі даследчыкі перайшлі да другой фазы: распрацоўкі рашэнняў, якія яны маглі б праверыць.
"Розныя ўмовы пасадкі патрабуюць рознага ціску і хуткасці патоку", - сказаў Цянь. «Калі мадэль пакажа шматспадзеўныя паляпшэнні магутнасці і эфектыўнасці, мы можам пачаць укараняць гэтыя змены ў рэальных умовах».
Для трэцяга этапу - выпрабаванняў у рэальных умовах - каманда абсталявала камбінацыю трактара і сеялкі мноствам датчыкаў.
«Нам трэба ведаць, колькі энергіі спажывае трактар, што робяць гідраўлічныя помпы і які ціск і хуткасць патоку ў сеялцы», — сказаў Джэйк Ленгахер, доктар філасофіі першага курса. студэнт. «Уся гэтая правадка вядзе ў новую скрынку збору даных, якую мы ўсталявалі ў кабіне, таму мы маем поўнае ўяўленне пра тое, што адбываецца падчас цыкла пасадкі».
На шчасце для каманды, у Перд'ю ёсць шмат месцаў для гіганцкіх трактароў. The сельскагаспадарчы каледж выдзеліў камандзе Ваккі паласу зямлі ў чвэрць мілі Навукова-даследчы і адукацыйны цэнтр заатэхнікі у Уэст-Лафайет.
"Нам вельмі пашанцавала ў Перд'ю", - сказаў Вакка. «У нас ёсць шмат лабараторных памяшканняў у Maha, дзе мы можам выпрабаваць гэтыя вялікія машыны ў кантраляваных умовах; і ў сельскай гаспадарцы таксама ёсць шмат фермерскіх участкаў, дзе мы можам праводзіць палявыя даследаванні».
І паколькі ніхто з членаў каманды ніколі не кіраваў такім вялікім трактарам у полі, кампанія Case New Holland правяла навучанне, каб навучыць іх вадзіць машыну.
«Самая магутнасць трактара вагой 25,000 435 фунтаў з 10,000 конскімі сіламі, які буксіруе сеялку вагой XNUMX XNUMX фунтаў - гэта дзіўна», - сказаў Стамп. «Але ў кабіне таксама шмат чаго адбываецца, асабліва гэта звязана з кіраваннем сеялкай. Безумоўна, гэта праца двух чалавек, таму звычайна Джэйк таксама знаходзіцца ў кабіне і кантралюе дадзеныя на ноўтбуку».
Вясной 2021 года каманда правяла некалькі прагонаў, дзе пасеяла насенне кукурузы з рознымі загадзя вызначанымі хуткасцямі рухавіка і хуткасцю пасеву. Прачысваючы дадзеныя, яны выявілі, што іх новыя сістэмы гідраўлічнага кіравання прывялі да агульнага павышэння эфектыўнасці на 25%.
«Улічваючы колькасць паліва, якое спажывае тыповы трактар, гэта значнае паляпшэнне», - сказаў Вакка. «І гэта толькі пачатак. Мэта нашага праекта - падвоіць эфектыўнасць агульнай сістэмы гідраўлічнага кіравання. У будучыні мы плануем укараніць падыход кантролю ціску для логікі кіравання, які ніколі не быў спрабаваны ў сельскагаспадарчых аўтамабілях ".
«Калі я ўбачыў дадзеныя, якія даказалі, што наша рашэнне працуе, я быў вельмі шчаслівы», - сказаў Го. «Я вырас у горадзе, таму знаходжанне на такой ферме для мяне вельмі захапляльны вопыт. Мая спецыяльнасць - сістэмы кіравання, таму было так цікава назіраць, як нашы тэорыі ў лабараторыі правяраюцца ў рэальным свеце. Гідраўлічная энергія з'яўляецца добра наладжанай сферай, але ёсць яшчэ так шмат патэнцыялу, каб прапанаваць новыя сістэмы і новыя архітэктуры, каб зрабіць усё яшчэ лепш ".
Стамп сказаў: «Я ніколі не мог сабе ўявіць, што буду ездзіць на трактары па сельскім полі, каб атрымаць доктарскую ступень. У мяне былі планы пайсці ў касманаўтыку. Але гідраўліка на гэтых трактарах такая ж складаная, як у самалёта або ракеты. Глыбокае паглыбленне ў вадкую энергетыку было надзвычай прыдатным для маёй будучыні ў інжынерыі».
Цянь сказаў: «Гэта, безумоўна, галоўны момант майго часу тут, у Перд'ю. Я ўклаў столькі часу ў гэтыя мадэлі, і бачыць паляпшэнне вынікаў было для мяне сапраўды шчаслівым момантам».
Вакка сказаў: "Бачыць, як напружаная праца нашых студэнтаў - і назіраць, як ідэя пераходзіць з лабараторыі ў поле - гэта сапраўды лепшая частка нашай працы".
- Джарэд Пайк, Універсітэт Перд'ю