Заманауи ауылшаруашылық тракторларында ең озық технологиялар бар, олар тіпті ең соңғы ғарыш аппараттарына да бәсекелеседі. Бірақ артқы жағы әлі де ескі мектеп болып табылады, негізінен қазба отынына сүйенеді. Сондықтан трактордың тиімділігін кез келген оңтайландыру қоршаған орта үшін үлкен жеңіс болып табылады.
Осыны ескере отырып, Пурдю университетінің зерттеушілері тракторлар мен қондырғыларды байланыстыратын гидравликалық жүйелерді оңтайландыру үшін 3.2 миллион долларға Энергетика департаментінің жобасын қолға алды.
«Сұйықтық қуаты барлық жерде», - деді Андреа Вакка, Purdue's Maha Fluid Power факультетінің төрағасы, профессор машина жасау және ауылшаруашылық және биологиялық инженерия, және директоры Маха сұйықтық қуатын зерттеу орталығы, елдегі ең үлкен академиялық гидравлика зертханасы. «Ол ұшақтарда, автомобильдерде және ауыр техниканың барлық түрлерінде қолданылады. Трактор - бұл руль мен қозғаушы күштен бастап, артына тартатын құрал-саймандарды қуаттандыруға дейін сұйықтық күшін қолданатын көліктің мысалы».
Бірақ құрал-саймандарды қуаттандыру проблема болып шықты. Трактордың гидравликалық басқару жүйесі сепкіштер, сепкіштер және сепкіштер сияқты белгілі бір құралдардың гидравликалық жүйелеріне қосылғанда тек 20% тиімділік көрсетті.
Патрик Стумп, Ph.D докторы: «Екі жүйе бір-бірімен дерлік күресетін басқару элементтерінде қайшылық бар», - деді. машина жасау мамандығының студенті. «Нәтижесінде, ол отырғызғышқа қосылған кезде, трактор әрқашан өте жоғары қуатта жұмыс істеуі керек, бұл отынды ысырап етеді және шығарындыларды арттырады».
Бұл зерттеу АҚШ Энергетика министрлігі арқылы қаржыландырылды Энергия тиімділігі және жаңартылатын энергия басқармасы, Вакканың командасы назарын трактор мен отырғызғыштың белгілі бір комбинациясына аударды Case New Holland Industrial, ұсынған гидравликалық жүйелермен Bosch Rexroth. Бейне қараңыз.
Көгалдандыру ені 40 фут, 16 отырғызу қатарлары бар.
«Әр қатарда тұқым себу үшін бірге жұмыс істейтін бірнеше машина бар», - дейді PhD докторы Сяофан Гуо. машина жасау мамандығының студенті. «Алдында бар өсімдіктерді жою үшін тазалау дөңгелегі бар. Кесетін диск жердегі кішкене шұңқырды кесіп тастайды, қозғалтқыш тұқымдарды жерге апарады, бүріккіш су мен тыңайтқышты шұңқырға береді, содан кейін соңғы диск тесікті жабады. Бұл отырғызу қатарларының 16-сы бар, олар тұқымдарды сәтті отырғызу үшін белгілі бір қысымды қажет етеді. Және олардың барлығы бір гидравликалық жүйеден қуат алады».
Трактор-есепкіш комбинациясын оңтайландыру мәселесін шешу үшін Вакка командасы үш фазалы әдісті таңдады. Біріншіден, зерттеушілерге гидравликалық жүйені сипаттау және компьютерде модельдеу моделін құру қажет болды.
«Бұл тракторлар қымбат және күрделі машиналар», - деді Синь Тянь, Ph.D. төрт жыл бойы модельдерді жасаған студент. «Сонымен біз жеке компоненттерді модельдеуден және оларды стационарлық жағдайда зертханада сынаудан бастадық. Олар дәл болғанда, біз құрамдас үлгілерді жүйеге біріктіреміз және жүйені сынаймыз - осылайша біз бүкіл модельдің жарамдылығын тексереміз. Модель соншалықты үлкен және күрделі, менің командам оны «Құбыжық» деп атайды».
Модельдерін растағаннан кейін зерттеушілер екінші кезеңге көшті: сынауға болатын шешімдерді әзірлеу.
«Әртүрлі отырғызу жағдайлары әртүрлі қысым мен ағын жылдамдығын талап етеді», - деді Тянь. «Егер модель қуат пен тиімділіктің перспективалы жақсартуларын көрсетсе, онда біз бұл өзгерістерді нақты әлем жағдайында енгізуді бастай аламыз».
Үшінші кезең үшін – нақты сынақтар – команда трактор отырғызғыш комбинациясын сансыз сенсорлармен жабдықтады.
«Біз трактордың қанша қуат тұтынатынын, гидравликалық сорғылардың не істеп жатқанын және бүкіл сепкіштегі қысым мен ағынның жылдамдығы қандай екенін білуіміз керек», - деді Джейк Ленгачер, бірінші курс PhD докторы. студент. «Осы сымдардың барлығы біз кабинаға орнатқан жаңа деректерді жинау қорабына апарады, сондықтан бізде отырғызу циклі кезінде не болып жатқаны туралы толық сурет бар».
Командаға рахмет, Пурдюде алып тракторлар жүруге арналған орындар көп. The Ауыл шаруашылығы колледжі Вакка командасына төрттен бір миль жер бөлді Жануарларды зерттеу және білім беру орталығы Батыс Лафайетте.
«Біз Пурдюде өте бақыттымыз», - деді Вакка. «Бізде Махада көптеген зертханалық кеңістік бар, онда біз бұл үлкен машиналарды бақыланатын жағдайларда сынай аламыз; және Ауыл шаруашылығында да біз далалық зерттеулер жүргізе алатын көптеген фермалар бар ».
Команда мүшелерінің ешқайсысы далада мұндай үлкен тракторды басқармағандықтан, Кейс Нью Холланд оларға көлік жүргізуді үйрету үшін тренинг өткізді.
«25,000 ат күші бар 435 10,000 фунттық трактордың XNUMX XNUMX фунттық отырғызғышты сүйрейтін керемет күші – бұл таңқаларлық», - деді Стумп. «Бірақ кабинада, әсіресе отырғызу қондырғысын басқаруда көп нәрсе бар. Бұл сөзсіз екі адамның жұмысы, сондықтан әдетте Джейк ноутбуктағы деректерді бақылайтын кабинада болады ».
Команда 2021 жылдың көктемінде бірнеше жүгіріс жүргізді, онда олар алдын ала белгіленген қозғалтқыштың әртүрлі жылдамдықтары мен отырғызу жылдамдығында жүгері тұқымдарын отырғызды. Деректерді тарата отырып, олар өздерінің жаңа гидравликалық басқару жүйелері жалпы тиімділікті 25% арттырғанын анықтады.
«Кәдімгі трактор тұтынатын отын мөлшерін ескере отырып, бұл үлкен жақсарту», - деді Вакка. «Ал бұл тек бастамасы ғана. Біздің жобаның мақсаты – жалпы гидравликалық басқару жүйесінің тиімділігін екі есе арттыру. Болашақта біз ауылшаруашылық көліктерінде ешқашан қолданылмаған бақылау логикасы үшін қысымды бақылау тәсілін енгізуді жоспарлап отырмыз».
«Біздің шешіміміздің жұмыс істегенін дәлелдейтін деректерді көргенде, мен өте қуаныштымын», - деді Гуо. «Мен қалада өстім, сондықтан мұндай фермада болу мен үшін өте қызықты тәжірибе. Менің мамандығым басқару жүйелері, сондықтан зертханада біздің теорияларымыздың нақты әлемде сыналғанын көру өте қызықты болды. Сұйықтық қуаты - бұл жақсы дамыған сала, бірақ жаңа жүйелер мен жаңа архитектураларды ұсынудың әлеуеті әлі де көп».
Стумп былай деді: «Мен докторлық дәрежесін алу үшін ауылшаруашылық алқабында трактор жүргіземін деп ешқашан елестеткен емеспін. Менің аэроғарышқа бару жоспарым бар еді. Бірақ бұл тракторлардағы гидравлика ұшақ немесе зымыран сияқты күрделі. Сұйықтық қуатына терең сүңгу менің инженериядағы болашағым үшін өте маңызды болды ».
Тянь: «Бұл менің Пурдюдегі уақытымның ең маңызды сәті. Мен бұл модельдерге көп уақыт жұмсадым және нәтижелердің жақсарғанын көру мен үшін шынымен бақытты сәт болды ».
Вакка былай деді: «Студенттеріміздің қажырлы еңбегін көру және идеяның зертханадан далаға жеткеніне куә болу - бұл біздің жұмысымыздың ең жақсы бөлігі».
- Джаред Пайк, Пердю университеті