Modern tarım traktörleri o kadar çok ileri teknoloji içeriyor ki, en yeni uzay araçlarına bile rakip oluyor. Ancak işin arka tarafı hala eski tarz ve büyük ölçüde fosil yakıtlara dayanıyor. Dolayısıyla traktör verimliliğindeki herhangi bir optimizasyon çevre için büyük bir kazançtır.
Bunu akılda tutarak Purdue Üniversitesi araştırmacıları, traktörleri ve ekipmanları birbirine bağlayan hidrolik sistemleri optimize etmek için 3.2 milyon dolarlık bir Enerji Bakanlığı projesi üstlendi.
"Akışkan güç her yerdedir" dedi Andrea VaccaPurdue'nin Maha Akışkan Gücü Fakültesi Başkanı, profesör Makine mühendisliği ve ziraat ve biyolojik mühendislikve müdürü Maha Akışkan Gücü Araştırma Merkezi, ülkenin en büyük akademik hidrolik laboratuvarı. “Uçaklarda, arabalarda ve her türlü ağır ekipmanda kullanılıyor. Traktör, direksiyon ve tahrikten, arkasına çektiği aletlere güç sağlamaya kadar her şeyi harekete geçirmek için akışkan gücünü kullanan bir araca örnektir.”
Ancak aletlere güç vermenin bir sorun olduğu kanıtlandı. Traktörün hidrolik kontrol sistemi ekim makinaları, ekim makinaları ve kazanlar gibi bazı ekipmanların hidrolik sistemlerine bağlandığında sadece %20 verim göstermiştir.
Ph.D. Patrick Stump, "Kontrollerde iki sistemin neredeyse birbiriyle savaştığı bir çatışma var" dedi. makine mühendisliği öğrencisi. "Sonuç olarak, ekim makinesine bağlandığında traktör her zaman son derece yüksek güçte çalışmak zorunda kalıyor, bu da yakıt israfına ve emisyonların artmasına neden oluyor."
ABD Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen bu çalışmada Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji OfisiVacca'nın ekibi dikkatini her ikisi de tarafından sağlanan belirli bir traktör ve ekim makinesi kombinasyonuna odakladı. Case New Holland Endüstriyeltarafından sağlanan hidrolik sistemlerle Bosch Rexroth. Video görün.
Ekici, 40 ekim sırasına sahip, 16 fit genişliğindedir.
Doktora sahibi Xiaofan Guo, "Her sırada tohumu ekmek için birlikte çalışan birden fazla makine var" dedi. makine mühendisliği öğrencisi. “Ön tarafta mevcut bitki örtüsünü ortadan kaldırmak için bir temizleme çarkı var. Bir kesme diski toprakta küçük bir hendek açar, bir motor tohumları toprağa doğru yönlendirir, bir püskürtücü deliğe su ve gübre besler ve ardından son disk deliği kapatır. Tohumların başarılı bir şekilde ekilmesi için belirli miktarda basınca ihtiyaç duyan bu ekim sıralarından 16 tanesi vardır. Ve hepsi tek bir hidrolik sistem tarafından çalıştırılıyor.”
Vacca'nın ekibi, traktör-ekici kombinasyonunu optimize etme sorununu çözmek için üç aşamalı bir yaklaşımı seçti. Öncelikle araştırmacıların hidrolik sistemi karakterize etmesi ve bilgisayarda bir simülasyon modeli oluşturması gerekiyordu.
Doktora sahibi Xin Tian, "Bu traktörler pahalı ve karmaşık makineler" dedi. Modelleri dört yıllık bir sürede geliştiren öğrenci. "Böylece bireysel bileşenleri modelleyerek ve bunları burada laboratuvarda sabit bir durumda test ederek başladık. Bunlar doğru olduğunda bileşen modellerini bir sistemde birleştiriyoruz ve sistemi test ediyoruz, böylece tüm modelin geçerli olduğunu doğrulayabiliyoruz. Model o kadar büyük ve karmaşık ki ekibim ona 'Canavar!' diyor”
Modellerini doğruladıktan sonra araştırmacılar ikinci aşamaya geçtiler: test edebilecekleri çözümler geliştirmek.
Tian, "Farklı ekim koşulları, farklı miktarlarda basınç ve akış hızı gerektirir" dedi. "Model güç ve verimlilik açısından ümit verici gelişmeler gösteriyorsa, o zaman bu değişiklikleri gerçek dünya koşullarında uygulamaya başlayabiliriz."
Üçüncü aşama olan gerçek dünya testleri için ekip, traktör-ekici kombinasyonunu sayısız sensörle donattı.
Doktora birinci sınıf öğrencisi Jake Lengacher, "Traktörün ne kadar güç tükettiğini, hidrolik pompaların ne yaptığını ve ekim makinesindeki basınç ve akış oranlarının ne olduğunu bilmemiz gerekiyor" dedi. öğrenci. "Tüm bu kablolar kabine kurduğumuz yeni bir veri toplama kutusuna gidiyor, böylece ekim döngüsü sırasında neler olup bittiğine dair tam bir resme sahip oluyoruz."
Neyse ki ekibe Purdue'de dev traktörlerin dolaşabileceği pek çok yer var. Ziraat Fakültesi Vacca'nın ekibine çeyrek millik bir arazi şeridi tahsis etti. Hayvan Bilimleri Araştırma ve Eğitim Merkezi West Lafayette'de.
Vacca, "Purdue'de çok şanslıyız" dedi. “Maha'da bu büyük makineleri kontrollü koşullar altında test edebileceğimiz çok sayıda laboratuvar alanımız var; Tarım ve Tarım'da da saha araştırması yapabileceğimiz çok sayıda tarım arazisi var.”
Ekip üyelerinden hiçbiri sahada bu kadar büyük bir traktör kullanmadığından, Case New Holland onlara araba kullanmayı öğretmek için eğitim verdi.
Stump, "25,000 beygir gücüne sahip 435 kiloluk bir traktörün, 10,000 kiloluk bir ekim makinesini çekmesinin saf gücü inanılmaz" dedi. “Fakat kabinde de özellikle ekiciyi çalıştırmak için pek çok şey oluyor. Bu kesinlikle iki kişilik bir iş, dolayısıyla Jake de genellikle kabinde dizüstü bilgisayardaki verileri izliyor."
Ekip, 2021 baharında, önceden belirlenmiş farklı motor hızlarında ve ekim oranlarında mısır tohumlarını ektikleri birkaç çalışma gerçekleştirdi. Verileri tarayarak yeni hidrolik kontrol sistemlerinin genel olarak %25 verimlilik artışı sağladığını buldular.
Vacca, "Tipik bir traktörün tükettiği yakıt miktarı göz önüne alındığında bu çok büyük bir gelişme" dedi. “Ve bu sadece başlangıç. Proje hedefimiz genel hidrolik kontrol sisteminin verimliliğini iki katına çıkarmaktır. Gelecekte tarım araçlarında daha önce denenmemiş bir kontrol mantığına yönelik basınç kontrol yaklaşımı oluşturmayı planlıyoruz.”
Guo, "Çözümümüzün işe yaradığını kanıtlayan verileri gördüğümde çok mutlu oldum" dedi. “Bir şehirde büyüdüm, dolayısıyla böyle bir çiftlikte olmak benim için oldukça heyecan verici bir deneyim. Uzmanlık alanım kontrol sistemleri, bu yüzden laboratuvardaki teorilerimizin gerçek dünyada teste tabi tutulduğunu görmek çok ilginçti. Akışkan gücü köklü bir alan, ancak işleri daha da iyi hale getirmek için yeni sistemler ve yeni mimariler önermek için hâlâ çok fazla potansiyel var."
Stump şunları söyledi: “Doktora derecem için bir tarım arazisinde traktör süreceğimi hiç hayal etmezdim. Havacılık alanına girme planlarım vardı. Ancak bu traktörlerin hidrolikleri bir uçak veya roket kadar karmaşıktır. Akışkan gücünün derinliklerine dalmak, mühendislikteki geleceğim için büyük ölçüde uygulanabilir oldu."
Tian şöyle dedi: “Bu kesinlikle Purdue'de geçirdiğim zamanın en önemli olayı. Bu modellere çok zaman ayırdım ve sonuçlardaki iyileşmeyi görmek benim için gerçekten mutlu bir an oldu."
Vacca şöyle konuştu: "Öğrencilerimizin sıkı çalışmasını görmek ve bir fikrin laboratuvardan sahaya çıkışına tanık olmak, bu gerçekten işimizin en iyi yanı."
- Jared Pike, Purdue Üniversitesi