Traktor pertanian modern ngemot teknologi paling canggih, malah saingan karo pesawat ruang angkasa paling anyar. Nanging mburi mburi isih lawas-sekolah, gumantung umumé ing bahan bakar fosil. Dadi, optimasi apa wae ing efisiensi traktor minangka menang gedhe kanggo lingkungan.
Kanthi pikiran iki, peneliti Universitas Purdue wis nindakake proyek Departemen Energi $ 3.2 yuta kanggo ngoptimalake sistem hidrolik sing nyambungake traktor lan implementasine.
"Kekuwatan cairan ana ing endi wae," ujare Andrea Vaca, Purdue kang Maha Fluid Power Fakultas Kursi, profesor saka mechanical engineering lan teknik pertanian lan biologi, lan direktur ing Pusat Penelitian Daya Cairan Maha, Lab hidrolika akademik paling gedhe ing negara kasebut. "Iku digunakake ing pesawat, ing mobil, lan ing kabeh jinis peralatan abot. Traktor minangka conto kendharaan sing nggunakake tenaga cairan kanggo nglakokake kabeh saka setir lan propulsi, kanggo nyorong piranti sing ditarik ing mburi.
Nanging nguwasani piranti kasebut wis dadi masalah. Sistem kontrol hidraulik traktor mung nuduhake efisiensi 20% nalika disambungake menyang sistem hidraulik saka piranti tartamtu kayata planter, seeder lan bailer.
"Ana konflik ing kontrol, ngendi loro sistem meh gelut saben liyane,"Sa Patrick Stump, Ph.D. mahasiswa teknik mesin. "Akibate, nalika disambungake menyang planter, traktor mesthi kudu mlaku kanthi daya sing dhuwur banget, sing mbuwang bahan bakar lan nambah emisi."
Ing panliten iki, didanai liwat Departemen Energi AS Kantor Efisiensi Energi lan Energi Terbarukan, tim Vacca fokus manungsa waé ing combo tartamtu saka traktor lan planter, loro diwenehake dening Kasus New Holland Industrial, karo sistem hydraulic diwenehake dening Bosch Rexroth. Deleng video.
Tandurane ambane 40 kaki, kanthi 16 larik tanduran.
"Saben baris duwe pirang-pirang mesin sing kerja bareng kanggo nandur wiji," ujare Xiaofan Guo, Ph.D. mahasiswa teknik mesin. "Ana roda reresik ing ngarep kanggo mbusak vegetasi sing ana. Cakram nglereni ngethok selokan cilik ing lemah, motor bener-bener nyopir wiji menyang lemah, sprayer menehi banyu lan pupuk menyang bolongan kasebut, banjur cakram pungkasan nutupi bolongan kasebut. Ana 16 larik tanduran iki, sing mbutuhake tekanan tartamtu supaya bisa nandur wiji kasebut. Lan kabeh mau didhukung dening sistem hidrolik tunggal.
Kanggo ngatasi masalah ngoptimalake kombo traktor-planter, tim Vacca milih pendekatan telung fase. Kaping pisanan, peneliti kudu menehi ciri sistem hidrolik lan mbangun model simulasi ing komputer.
"Traktor iki minangka mesin sing larang lan rumit," ujare Xin Tian, Ph.D. siswa sing ngembangake model sajrone rentang patang taun. "Dadi kita miwiti kanthi model komponen individu lan nyoba ing kahanan stasioner ing laboratorium. Nalika iku akurat, kita gabungke model komponen menyang sistem - lan nyoba sistem - supaya kita bisa verifikasi yen kabeh model bener. Modele gedhe lan kompleks, timku ngarani 'Monster!'”
Sawise verifikasi model, peneliti pindhah menyang tahap loro: ngembangake solusi sing bisa diuji.
"Kahanan tanduran sing beda-beda mbutuhake tekanan lan tingkat aliran sing beda," ujare Tian. "Yen model kasebut nuduhake paningkatan daya lan efisiensi, mula kita bisa miwiti ngetrapake owah-owahan kasebut ing kahanan nyata."
Kanggo fase katelu - tes donya nyata - tim kasebut nyedhiyakake kombo traktor-planter kanthi akeh sensor.
"We kudu ngerti carane akeh daya traktor wis akeh, apa pumps hydraulic apa, lan apa meksa lan tingkat aliran ing saindhenging planter,"Sa Jake Lengacher, pisanan Ph.D. murid. "Kabeh kabel kasebut ndadékaké menyang kothak akuisisi data anyar sing kita pasang ing taksi, dadi kita duwe gambaran lengkap babagan apa sing kedadeyan sajrone siklus tanduran."
Matur nuwun kanggo tim kasebut, Purdue duwe akeh papan kanggo traktor raksasa. Ing College of Agriculture diparengake tim Vacca kang Strip waktu-mil saka tanah ing Pusat Riset lan Pendidikan Ilmu Kewan ing West Lafayette.
"Kita begja banget ing Purdue," ujare Vacca. "Kita duwe akeh ruang lab ing Maha sing bisa nyoba mesin gedhe kasebut ing kahanan sing dikontrol; lan Pertanian uga akeh lahan pertanian sing bisa ditindakake riset lapangan.
Lan amarga ora ana anggota tim sing nate ngoperasikake traktor gedhe ing lapangan, Case New Holland nyedhiyakake latihan kanggo ngajari nyopir.
"Kekuwatan gedhe saka traktor 25,000-pound kanthi 435 tenaga kuda, narik 10,000-pound planter - iku apik tenan," ujare Stump. "Nanging ana uga akeh sing kedadeyan ing taksi, utamane kanggo ngoperasikake planter. Mesthine kerjane wong loro, dadi biasane Jake uga ana ing taksi ngawasi data ing laptop.”
Tim kasebut nganakake sawetara larian ing musim semi 2021, ing ngendi dheweke nandur wiji jagung kanthi kecepatan mesin sing wis ditemtokake lan tarif tanduran. Nyisir data kasebut, dheweke nemokake manawa sistem kontrol hidraulik anyar diterjemahake dadi peningkatan efisiensi 25%.
"Given jumlah bahan bakar sing traktor khas nganggo, sing dandan massive," Vacca ngandika. "Lan iki mung wiwitan. Tujuan proyek kita yaiku kanggo ngganda efisiensi sistem kontrol hidrolik sakabèhé. Ing mangsa ngarep, kita ngrancang nggawe pendekatan kontrol tekanan kanggo logika kontrol, sing durung nate dicoba ing kendaraan pertanian.
"Nalika aku weruh data sing mbuktekaken solusi kita bisa, aku seneng banget," ujare Guo. "Aku gedhe ing kutha, dadi metu ing peternakan kaya iki minangka pengalaman sing nyenengake kanggo aku. Keahlianku yaiku sistem kontrol, dadi menarik banget kanggo ndeleng teori kita ing laboratorium sing diuji ing jagad nyata. Daya fluida minangka lapangan sing wis mapan, nanging isih akeh potensial kanggo ngusulake sistem anyar lan arsitektur anyar supaya bisa luwih apik.
Stump kandha, "Aku ora tau mbayangake aku bakal nyopir traktor liwat sawah kanggo gelar Ph.D. Aku duwe rencana arep menyang aerospace. Nanging hidrolika ing traktor kasebut pancen rumit kaya pesawat utawa roket. Nyilem jero menyang kekuwatan cairan wis ditrapake banget kanggo masa depanku ing bidang teknik.
Tian kandha, "Iki mesthi dadi puncak wektuku ing Purdue. Aku nggawe akeh wektu kanggo model kasebut, lan ndeleng asil dandan kasebut pancen dadi momen sing nyenengake kanggo aku.
Vacca ujar, "Ndeleng kerja keras para siswa - lan nyekseni ide saka laboratorium menyang lapangan - iki pancen paling apik kanggo pakaryan kita."
- Jared Pike, Universitas Purdue