Modern landwirtschaftlech Traktoren enthalen sou vill modernste Technologie, si rivaliséieren souguer déi lescht Raumschëff. Awer de Réck Enn ass ëmmer nach al Schoul, vertrauen haaptsächlech op fossil Brennstoffer. Also all Optimisatioun vun der Traktoreffizienz ass e grousse Gewënn fir d'Ëmwelt.
Mat dësem vergiessen hunn d'Fuerscher vun der Purdue University en $ 3.2 Milliounen Department of Energy Projet gemaach fir d'hydraulesch Systemer ze optimiséieren déi Traktoren an Ausrüstunge verbannen.
"Flësseg Kraaft ass iwwerall," sot Andrea Vacca, Purdue's Maha Fluid Power Fakultéitspresident, Professer fir Maschinn an landwirtschaftlech a biologesch Ingenieur, an Direkter vun der Maha Fluid Power Research Center, de gréissten akademesche hydraulesche Labo am Land. "Et gëtt a Fligeren, an Autoen, an an all Zorte vu schwéier Ausrüstung benotzt. En Trakter ass e Beispill vun engem Gefier dat flësseg Kraaft benotzt fir alles aus der Lenkung an der Propulsioun ze aktivéieren, fir d'Implementer z'ënnerstëtzen, déi et hannert sech zitt.
Awer d'Muecht vun den Ëmsetzungen huet bewisen e Problem ze sinn. Den hydraulesche Kontrollsystem vum Trakter huet nëmmen 20% Effizienz gewisen wann se mat den hydraulesche Systemer vu bestëmmten Ausrüstunge verbonne sinn wéi Planter, Seeder a Bailer.
"Et gëtt e Konflikt an de Kontrollen, wou déi zwee Systemer bal géintenee kämpfen", sot de Patrick Stump, engem Ph.D. Schüler am Mechanesch Ingenieur. "Als Resultat, wann en un engem Planter verbonnen ass, muss den Trakter ëmmer mat extrem héijer Kraaft lafen, wat Brennstoff verschwendt an d'Emissiounen erhéicht."
An dëser Etude, finanzéiert duerch den US Department of Energy's Office vun Energieeffizienz an erneierbar Energien, Vacca Team konzentréiert sech op eng spezifesch Combo vun Trakter a Planter, souwuel vun Fall New Holland Industriell, mat hydraulesche Systemer déi vun Bosch Rexroth. Video kucken.
D'Planzer ass 40 Meter breet, mat 16 Planzereien.
"All Zeil huet verschidde Maschinnen, déi zesumme schaffen fir d'Somen ze planzen", sot de Xiaofan Guo, engem Ph.D. Schüler am Mechanesch Ingenieur. „Et ass e Botzrad virun, fir déi existent Vegetatioun ze läschen. Eng Schneidscheif schneidt e klengt Gruef am Buedem, e Motor dreift d'Somen an de Buedem, e Sprayer fiddert Waasser an Dünger an d'Lach an dann deckt eng lescht Scheif d'Lach. Et gi 16 vun dëse Planzereien, déi spezifesch Quantitéiten un Drock brauchen fir d'Somen erfollegräich ze planzen. An all si gi vun engem eenzegen hydraulesche System ugedriwwen.
Fir de Problem vun der Optimisatioun vum Traktor-Planter Combo unzegoen, huet d'Equipe vum Vacca eng dräi-Phase Approche gewielt. Als éischt mussen d'Fuerscher den hydraulesche System charakteriséieren an e Simulatiounsmodell am Computer bauen.
"Dës Traktoren sinn deier a komplex Maschinnen,"Sa Xin Tian, engem Ph.D. Student, deen d'Modeller iwwer e véier-Joer span entwéckelt huet. "Also hu mir ugefaang mat eenzelne Komponenten ze modelléieren an se an engem stationären Zoustand hei am Labo ze testen. Wann déi richteg sinn, kombinéiere mir d'Komponentemodeller an e System - an testen de System - sou datt mir kënne verifizéiere datt de ganze Modell valabel ass. De Modell ass sou grouss a komplex, meng Equipe nennt et "The Monster!"
Nodeems se hire Modell validéiert hunn, sinn d'Fuerscher an d'Phas zwee geplënnert: Léisungen entwéckelen déi se testen kënnen.
"Verschidde Planzungsbedéngungen erfuerderen ënnerschiddlech Quantitéiten un Drock a Flowrate", sot Tian. "Wann de Modell villverspriechend Verbesserungen a Kraaft an Effizienz weist, da kënne mir ufänken dës Ännerungen ënner reale Konditiounen ëmzesetzen."
Fir déi drëtt Phas - Real-Welt Tester - huet d'Team den Trakter-Planter Combo mat enger Onmass vu Sensoren ausgestatt.
"Mir musse wëssen, wéi vill Kraaft den Trakter verbraucht, wat d'hydraulesch Pompelen maachen, a wat den Drock an d'Flowraten am ganze Planter sinn", sot de Jake Lengacher, en éischte Joer Ph. Schüler. "All dës Drot féiert an eng nei Dateakquisitiounskëscht déi mir an der Kabine installéiert hunn, also hu mir e komplett Bild vun deem wat während engem Planzungszyklus geschitt."
Glécklecherweis fir d'Team, Purdue huet vill Plazen fir rieseg Trakteren ze reiwen. Déi College vun Landwirtschaft zougewisen Vacca Equipe engem Véierel Kilometer Sträif vum Land op der Déierewëssenschaften Fuerschung an Educatioun Center zu West Lafayette.
"Mir si ganz glécklech bei Purdue," sot de Vacca. "Mir hu vill Labo Plaz zu Maha wou mir dës grouss Maschinnen ënner kontrolléiert haten Konditiounen Test kann; an d'Landwirtschaft huet och vill Bauerenhaff, wou mir Feldfuerschung kënne maachen.
A well kee vun den Teammemberen jeemools esou e groussen Trakter am Feld operéiert hat, huet de Case New Holland Training gesuergt fir hinnen ze fueren.
"Déi blo Kraaft vun engem 25,000 Pound Trakter mat 435 Päerd, en 10,000 Pound Planter ze schleppen - et ass erstaunlech," sot Stump. "Awer et gëtt och zimlech vill an der Kabine geschitt, besonnesch fir d'Planzer ze bedreiwen. Et ass definitiv eng zwee-Mann Aarbecht, also normalerweis ass de Jake och an der Cab iwwerwaacht d'Donnéeën op engem Laptop.
D'Team huet e puer Runen am Fréijoer 2021 gemaach, wou se Mais Somen mat verschiddene virbestëmmten Motorgeschwindegkeeten a Planzungsraten gepflanzt hunn. Duerch d'Donnéeën ze kämmen, hu se fonnt datt hir nei hydraulesch Kontrollsystemer an eng Gesamt 25% Effizienzerhéijung iwwersat ginn.
"Gitt d'Quantitéit u Brennstoff, déi en typeschen Trakter verbraucht, ass dat eng massiv Verbesserung," sot de Vacca. "An dëst ass nëmmen den Ufank. Eist Zil vum Projet ass d'Effizienz vum Gesamthydraulesche Kontrollsystem ze verduebelen. An Zukunft plangen mir eng Drockkontroll Approche fir d'Kontrolllogik anzeféieren, déi ni an landwirtschaftleche Gefierer probéiert gouf.
"Wann ech d'Donnéeën gesinn hunn, déi bewisen hunn datt eis Léisung funktionnéiert, war ech sou frou", sot Guo. "Ech sinn an enger Stad opgewuess, sou datt op engem Bauerenhaff wéi dëst eng zimlech spannend Erfahrung fir mech ass. Meng Spezialitéit ass Kontrollsystemer, also et war sou interessant fir eis Theorien am Labo an der realer Welt ze testen. Flëssegkraaft ass e gutt etabléiert Feld, awer et gëtt nach ëmmer sou vill Potenzial fir nei Systemer an nei Architekturen ze proposéieren fir d'Saachen nach besser ze maachen.
Stump sot: "Ech hat ni virgestallt datt ech en Trakter duerch e Bauerenhaff fir meng Ph.D. Ech hat Pläng fir an d'Loftfaart ze goen. Awer d'Hydraulik op dësen Trakteren ass e bëssen esou komplex wéi e Fliger oder eng Rakéit. Tauchen déif a flësseg Kraaft ass enorm applicabel fir meng Zukunft am Ingenieur.
Den Tian sot: "Et ass sécher den Héichpunkt vu menger Zäit hei zu Purdue. Ech hunn esou vill Zäit an dës Modeller gesat, an d'Verbesserung vun de Resultater ze gesinn war wierklech e gléckleche Moment fir mech.
De Vacca sot: "Eise Studenten hir haart Aarbecht ze gesinn - an Zeien vun enger Iddi aus dem Labo op d'Feld ze kommen - dat ass wierklech dee beschten Deel vun eiser Aarbecht."
- Jared Pike, Purdue Universitéit