Moderne landboutrekkers bevat soveel voorpunttegnologie dat dit selfs die nuutste ruimtetuie meeding. Maar die agterkant is nog steeds ou skool, wat grootliks op fossielbrandstowwe staatmaak. So enige optimalisering in trekkerdoeltreffendheid is 'n groot oorwinning vir die omgewing.
Met dit in gedagte het Purdue Universiteit se navorsers 'n $3.2 miljoen Departement van Energie-projek onderneem om die hidrouliese stelsels wat trekkers en implemente verbind, te optimaliseer.
"Vloeibare krag is oral," het gesê Andrea Vacca, Purdue se Maha Fluid Power Fakulteitsleerstoel, professor van meganiese ingenieurswese en landbou- en biologiese ingenieurswese, en direkteur van die Maha Fluid Power Navorsingsentrum, die grootste akademiese hidrouliese laboratorium in die land. “Dit word in vliegtuie, in motors en in alle soorte swaar toerusting gebruik. ’n Trekker is ’n voorbeeld van ’n voertuig wat vloeibare krag gebruik om alles van die stuur en aandrywing aan te dryf, tot die aandryf van die implemente wat dit agter hom trek.”
Maar om die werktuie aan te dryf het geblyk 'n probleem te wees. Die hidrouliese beheerstelsel van die trekker het slegs 20% doeltreffendheid getoon wanneer dit gekoppel is aan die hidrouliese stelsels van sekere implemente soos planters, saaimasjiene en balke.
"Daar is 'n konflik in die kontroles, waar die twee stelsels amper teen mekaar veg," het Patrick Stump, 'n Ph.D. student in meganiese ingenieurswese. "Gevolglik, wanneer dit aan 'n planter gekoppel is, moet die trekker altyd teen uiters hoë krag loop, wat brandstof vermors en uitlaatgasse verhoog."
In hierdie studie, befonds deur die Amerikaanse Departement van Energie se Kantoor van energie-doeltreffendheid en hernubare energie, Vacca se span het sy aandag gevestig op 'n spesifieke kombinasie van trekker en planter, beide verskaf deur Geval New Holland Industrial, met hidrouliese stelsels verskaf deur Bosch Rexroth. sien video.
Die planter is 40 voet breed, met 16 plantrye.
"Elke ry het verskeie masjiene wat saamwerk om die saad te plant," het Xiaofan Guo, 'n Ph.D. student in meganiese ingenieurswese. “Daar is 'n skoonmaakwiel voor om bestaande plantegroei te verwyder. 'n Snyskyf sny 'n piepklein sloot in die grond, 'n motor dryf eintlik die sade in die grond in, 'n spuit voer water en kunsmis in die gat in en dan bedek 'n finale skyf die gat. Daar is 16 van hierdie plantrye, wat spesifieke hoeveelhede druk benodig om die sade suksesvol te plant. En almal word deur 'n enkele hidrouliese stelsel aangedryf.”
Om die probleem van die optimalisering van die trekker-planter-kombinasie aan te pak, het Vacca se span 'n driefase-benadering gekies. Eerstens moes die navorsers die hidrouliese stelsel karakteriseer en 'n simulasiemodel in die rekenaar bou.
"Hierdie trekkers is duur en komplekse masjiene," het Xin Tian, 'n Ph.D. student wat die modelle oor 'n tydperk van vier jaar ontwikkel het. “Ons het dus begin deur individuele komponente te modelleer en dit in 'n stilstaande toestand hier in die laboratorium te toets. Wanneer dit akkuraat is, kombineer ons die komponentmodelle in 'n stelsel - en toets die stelsel - sodat ons kan verifieer dat die hele model geldig is. Die model is so groot en kompleks, my span noem dit 'Die Monster!'.”
Nadat hulle hul model bekragtig het, het die navorsers na fase twee beweeg: die ontwikkeling van oplossings wat hulle kon toets.
"Verskillende planttoestande vereis verskillende hoeveelhede druk en vloeitempo," het Tian gesê. "As die model belowende verbeterings in krag en doeltreffendheid toon, kan ons hierdie veranderinge onder werklike toestande begin implementeer."
Vir die derde fase – werklike toetse – het die span die trekker-planter-kombinasie met 'n magdom sensors toegerus.
"Ons moet weet hoeveel krag die trekker verbruik, wat die hidrouliese pompe doen, en wat die druk en vloeitempo's regdeur die planter is," het Jake Lengacher, 'n eerstejaar Ph.D. student. "Al daardie bedrading lei na 'n nuwe data-verkrygingsboks wat ons in die kajuit geïnstalleer het, so ons het 'n volledige prentjie van wat tydens 'n plantsiklus aangaan."
Gelukkig vir die span het Purdue baie plekke vir reuse-trekkers om rond te loop. Die Landboukollege Vacca se span 'n kwartmyl strook grond by die Dierewetenskaplike Navorsing en Opvoedingsentrum in West Lafayette.
"Ons is baie gelukkig by Purdue," het Vacca gesê. “Ons het baie laboratoriumspasie by Maha waar ons hierdie groot masjiene onder gekontroleerde toestande kan toets; en Landbou het ook baie plaaspersele waar ons veldnavorsing kan doen.”
En aangesien nie een van die spanlede ooit so 'n groot trekker in die veld bedryf het nie, het Case New Holland opleiding verskaf om hulle te leer bestuur.
“Die blote krag van 'n trekker van 25,000 435 pond met 10,000 perdekrag, wat 'n planter van XNUMX XNUMX pond sleep – dit is ongelooflik,” het Stump gesê. “Maar daar is ook nogal baie in die kajuit aan die gang, veral om die planter te bestuur. Dit is beslis 'n tweeman-werk, so gewoonlik is Jake ook in die kajuit en monitor die data op 'n skootrekenaar.”
Die span het in die lente van 2021 verskeie lopies uitgevoer, waar hulle mieliesade teen verskillende voorafbepaalde enjinsnelhede en planttempo's geplant het. Deur die data te fynkam, het hulle gevind dat hul nuwe hidrouliese beheerstelsels 'n algehele doeltreffendheidsverhoging van 25% beteken.
"Gegewe die hoeveelheid brandstof wat 'n tipiese trekker verbruik, is dit 'n massiewe verbetering," het Vacca gesê. “En dit is net die begin. Ons projekdoelwit is om die doeltreffendheid van die algehele hidrouliese beheerstelsel te verdubbel. Ons beplan om in die toekoms ’n drukbeheerbenadering vir die beheerlogika in te stel, wat nog nooit in landbouvoertuie gepoog is nie.”
"Toe ek die data sien wat bewys het dat ons oplossing werk, was ek so gelukkig," het Guo gesê. “Ek het in 'n stad grootgeword, so om op 'n plaas soos hierdie uit te wees is vir my 'n redelik opwindende ervaring. My spesialiteit is beheerstelsels, so dit was so interessant om te sien hoe ons teorieë in die laboratorium in die regte wêreld op die proef gestel word. Vloeibare krag is ’n goed gevestigde veld, maar daar is nog soveel potensiaal om nuwe stelsels en nuwe argitekture voor te stel om dinge nog beter te maak.”
Stump het gesê: “Ek het nooit gedink ek sou met 'n trekker deur 'n plaasveld ry vir my Ph.D. Ek het planne gehad om in die lugvaart te gaan. Maar die hidroulika op hierdie trekkers is net so kompleks soos 'n vliegtuig of 'n vuurpyl. Om diep in vloeibare krag te duik was baie van toepassing op my toekoms in ingenieurswese.”
Tian het gesê: “Dit is beslis die hoogtepunt van my tyd hier by Purdue. Ek het soveel tyd in hierdie modelle spandeer, en om die verbetering in die resultate te sien was regtig 'n gelukkige oomblik vir my.”
Vacca het gesê: "Om ons studente se harde werk te sien - en om 'n idee van die laboratorium na die veld te sien kom - dit is regtig die beste deel van ons werk."
- Jared Pike, Purdue Universiteit