Савремени пољопривредни трактори садрже толико најсавременије технологије да могу парирати чак и најновијим свемирским летелицама. Али задња страна је и даље стара школа, ослањајући се углавном на фосилна горива. Дакле, свака оптимизација ефикасности трактора је велика победа за животну средину.
Имајући ово на уму, истраживачи Универзитета Пурдуе су предузели пројекат Одељења за енергетику вредан 3.2 милиона долара за оптимизацију хидрауличних система који повезују тракторе и прикључке.
„Снага течности је свуда“, рекао је Андреа Вацца, Пурдуе'с Маха Флуид Повер Фацулти Цхаир, професор машинство пољопривредног и биолошког инжењерства, и директор Маха Флуид Повер Ресеарцх Центер, највећа академска хидрауличка лабораторија у земљи. „Користи се у авионима, у аутомобилима и у свим врстама тешке опреме. Трактор је пример возила које користи течну снагу да покрене све, од управљања и погона, до покретања оруђа које вуче иза себе.”
Али напајање уређаја се показало као проблем. Хидраулички управљачки систем трактора је показао само 20% ефикасности када је повезан са хидрауличним системима одређених машина као што су сејалице, сејалице и бајлери.
„Постоји сукоб у контролама, где се два система скоро боре један против другог“, рекао је Патрик Стумп, др. студент машинства. „Као резултат тога, када је повезан на садилицу, трактор увек мора да ради са изузетно великом снагом, што троши гориво и повећава емисије.“
У овој студији, финансираној преко Министарства енергетике САД Канцеларија за енергетску ефикасност и обновљиву енергију, Ваццин тим је своју пажњу усмерио на специфичну комбинацију трактора и садилице, обе које је обезбедио Цасе Нев Холланд Индустриал, са хидрауличним системима обезбеђеним од Босцх Рекротх. Погледајте видео.
Садилица је широка 40 стопа, са 16 редова за садњу.
„Сваки ред има више машина које раде заједно за садњу семена“, рекао је Ксиаофан Гуо, др. студент машинства. „Испред је точак за чишћење за уклањање постојеће вегетације. Диск за сечење сече мали јарак у земљи, мотор заправо гура семе у земљу, прскалица уноси воду и ђубриво у рупу, а затим завршни диск покрива рупу. Постоји 16 ових редова за садњу, којима је потребан одређени притисак да би семе успешно засадило. И све их покреће један хидраулични систем.”
Да би се позабавио проблемом оптимизације комбинације трактора и сејалице, Ваццин тим је изабрао трофазни приступ. Прво, истраживачи су морали да карактеришу хидраулички систем и направе симулациони модел у рачунару.
„Ови трактори су скупе и сложене машине“, рекао је Ксин Тиан, др. студент који је развијао моделе током четворогодишњег периода. „Зато смо почели моделирањем појединачних компоненти и тестирањем у стационарном стању овде у лабораторији. Када су они тачни, комбинујемо моделе компоненти у систем – и тестирамо систем – како бисмо могли да проверимо да ли је цео модел валидан. Модел је толико велики и сложен, мој тим га зове „Чудовиште!“
Када су потврдили свој модел, истраживачи су прешли на другу фазу: развој решења која су могли да тестирају.
„Различити услови садње захтевају различите количине притиска и протока“, рекао је Тиан. „Ако модел покаже обећавајућа побољшања у снази и ефикасности, онда можемо почети да спроводимо ове промене у условима стварног света.
За трећу фазу – тестове у стварном свету – тим је опремио комбинацију трактора и сејалице са безброј сензора.
„Морамо да знамо колико снаге трактор троши, шта раде хидрауличне пумпе и колики су притисак и проток у целој сејалици“, рекао је Џејк Ленгачер, доктор наука прве године. ученик. „Све те жице воде до нове кутије за прикупљање података коју смо инсталирали у кабини, тако да имамо потпуну слику о томе шта се дешава током циклуса садње.“
Срећом по тиму, Пурдуе има много места за џиновске тракторе. Тхе Висока пољопривредна школа доделио је Вакином тиму четврт миље појас земље у Центар за истраживање и образовање за науку о животињама у Западном Лафајету.
„Веома смо срећни у Пурдуеу“, рекао је Вацца. „Имамо много лабораторијског простора у Махи где можемо да тестирамо ове велике машине под контролисаним условима; и Пољопривреда такође има много пољопривредних парцела на којима можемо да спроводимо теренска истраживања."
А пошто нико од чланова тима никада није управљао тако великим трактором на терену, Цасе Нев Холланд је обезбедио обуку како би их научио како да возе.
„Права снага трактора од 25,000 фунти са 435 коњских снага, који вуче сејалицу од 10,000 фунти – то је невероватно“, рекао је Стумп. „Али има доста тога што се дешава у кабини, посебно када је у питању рад сејалице. То је дефинитивно посао за два човека, тако да је Џејк обично у таксију и надгледа податке на лаптопу.
Тим је спровео неколико вожњи у пролеће 2021. године, где су посејали семе кукуруза при различитим унапред одређеним брзинама мотора и брзинама садње. Прочешљајући податке, открили су да су њихови нови хидраулички контролни системи довели до укупног повећања ефикасности од 25%.
„С обзиром на количину горива коју типичан трактор троши, то је огромно побољшање“, рекао је Вацца. „И ово је само почетак. Наш циљ пројекта је да удвостручимо ефикасност целокупног хидрауличког система управљања. У будућности планирамо да успоставимо приступ контроли притиска за контролну логику, што никада није покушано у пољопривредним возилима.
„Када сам видео податке који су доказали да наше решење функционише, био сам тако срећан“, рекао је Гуо. „Одрастао сам у граду, тако да је боравак на оваквој фарми за мене прилично узбудљиво искуство. Моја специјалност су контролни системи, тако да је било тако занимљиво видети како се наше теорије у лабораторији тестирају у стварном свету. Флуидна енергија је добро успостављена област, али још увек постоји толико потенцијала да се предложе нови системи и нове архитектуре како би ствари биле још боље.”
Стумп је рекао: „Никада нисам замишљао да ћу возити трактор кроз пољопривредно поље за мој докторат. Имао сам планове да одем у ваздухопловство. Али хидраулика на овим тракторима је сложена попут авиона или ракете. Заронити дубоко у флуидну снагу је веома применљиво на моју будућност у инжењерингу."
Тиан је рекао: „То је свакако врхунац мог времена овде у Пурдуеу. Уложио сам толико времена у ове моделе, и видети напредак у резултатима био је заиста срећан тренутак за мене.”
Вацца је рекао: „Видјети напоран рад наших ученика – и свједочити како идеја прелази из лабораторије на терен – то је заиста најбољи дио нашег посла.
- Јаред Пике, Универзитет Пурдуе