თანამედროვე სასოფლო-სამეურნეო ტრაქტორები შეიცავს უამრავ უახლეს ტექნოლოგიას, ისინი კონკურენციას უწევენ უახლეს კოსმოსურ ხომალდებსაც კი. მაგრამ უკანა ნაწილი ჯერ კიდევ ძველია, ძირითადად წიაღისეულ საწვავზეა დამოკიდებული. ასე რომ, ნებისმიერი ოპტიმიზაცია ტრაქტორის ეფექტურობაში არის უზარმაზარი გამარჯვება გარემოსთვის.
ამის გათვალისწინებით, პერდუს უნივერსიტეტის მკვლევარებმა განახორციელეს 3.2 მილიონი აშშ დოლარის ენერგეტიკის დეპარტამენტის პროექტი ჰიდრავლიკური სისტემების ოპტიმიზაციისთვის, რომლებიც აკავშირებენ ტრაქტორებსა და დანადგარებს.
”თხევადი ძალა ყველგან არის”, - თქვა ანდრეა ვაკაპერდუს მაჰა სითხის ენერგიის ფაკულტეტის თავმჯდომარე, პროფესორი მექანიკური მდე სასოფლო-სამეურნეო და ბიოლოგიური ინჟინერიადა დირექტორი Maha Fluid Power კვლევის ცენტრი, უმსხვილესი აკადემიური ჰიდრავლიკის ლაბორატორია ქვეყანაში. ”ის გამოიყენება თვითმფრინავებში, მანქანებში და ყველა სახის მძიმე ტექნიკაში. ტრაქტორი არის სატრანსპორტო საშუალების მაგალითი, რომელიც იყენებს სითხის ძალას ყველაფრის გასააქტიურებლად, საჭიდან და ამძრავიდან დაწყებული, დამთავრებული იმ ხელსაწყოებით, რომლებსაც უკან აყენებს.
მაგრამ ხელსაწყოების ელექტროენერგია დაამტკიცა, რომ პრობლემაა. ტრაქტორის ჰიდრავლიკური კონტროლის სისტემამ აჩვენა მხოლოდ 20% ეფექტურობა, როდესაც დაკავშირებულია გარკვეული ხელსაწყოების ჰიდრავლიკურ სისტემებთან, როგორიცაა პლანტატორები, სათესლეები და ბეილერები.
„არის კონფლიქტი კონტროლში, სადაც ეს ორი სისტემა თითქმის ებრძვის ერთმანეთს“, - თქვა პატრიკ სტამპმა, დოქტორი. მექანიკური ინჟინერიის სტუდენტი. „შედეგად, როდესაც ის დაკავშირებულია პლანტაციასთან, ტრაქტორს ყოველთვის უწევს იმუშაოს უკიდურესად მაღალი სიმძლავრით, რაც ხარჯავს საწვავს და ზრდის გამონაბოლქვს“.
ამ კვლევაში დაფინანსებულია აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის მიერ ოფისი ენერგოეფექტურობის და განახლებადი ენერგიისVacca-ს გუნდმა ყურადღება გაამახვილა ტრაქტორისა და პლანტერის კონკრეტულ კომბინაციებზე, ორივე მიერ მოწოდებული საქმე New Holland Industrial, ჰიდრავლიკური სისტემებით მოწოდებული Bosch Rexroth. იხილეთ ვიდეო.
პლანტის სიგანე 40 ფუტია, 16 სარგავი მწკრივით.
„თითოეულ რიგს აქვს რამდენიმე მანქანა, რომლებიც ერთად მუშაობენ თესლის დასარგავად“, - თქვა Xiaofan Guo, Ph.D. მექანიკური ინჟინერიის სტუდენტი. „წინ საწმენდი ბორბალია არსებული მცენარეულობის მოსაშორებლად. საჭრელი დისკი ჭრის პაწაწინა თხრილს მიწაში, ძრავა ფაქტობრივად ატარებს თესლს მიწაში, გამფრქვევი წყალი და სასუქი აწვება ხვრელში და შემდეგ საბოლოო დისკი ფარავს ხვრელს. ამ სარგავი რიგებიდან 16 არის, რომლებსაც თესლის წარმატებით დარგვისთვის საჭიროა გარკვეული წნეხი. და ყველა მათგანი იკვებება ერთი ჰიდრავლიკური სისტემით“.
ტრაქტორი-პლანტატორის კომბინაციის ოპტიმიზაციის პრობლემის გადასაჭრელად ვაკას გუნდმა აირჩია სამფაზიანი მიდგომა. პირველ რიგში, მკვლევარებს სჭირდებოდათ ჰიდრავლიკური სისტემის დახასიათება და კომპიუტერში სიმულაციური მოდელის შექმნა.
”ეს ტრაქტორები ძვირადღირებული და რთული მანქანებია”, - თქვა Xin Tian, დოქტორი. სტუდენტი, რომელმაც შეიმუშავა მოდელები ოთხი წლის განმავლობაში. „ასე რომ, ჩვენ დავიწყეთ ცალკეული კომპონენტების მოდელირება და მათი ტესტირება სტაციონარულ მდგომარეობაში აქ, ლაბორატორიაში. როდესაც ისინი ზუსტია, ჩვენ ვაერთებთ კომპონენტურ მოდელებს სისტემაში - და ვამოწმებთ სისტემას - ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია დავადასტუროთ, რომ მთელი მოდელი მოქმედებს. მოდელი იმდენად დიდი და რთულია, ჩემი გუნდი მას "მონსტარს" უწოდებს.
მას შემდეგ რაც დაადასტურეს თავიანთი მოდელი, მკვლევარები გადავიდნენ მეორე ფაზაზე: შეიმუშავეს გადაწყვეტილებები, რომელთა გამოცდაც შეეძლოთ.
„დარგვის სხვადასხვა პირობები მოითხოვს სხვადასხვა წნევას და დინების სიჩქარეს“, - თქვა ტიანმა. ”თუ მოდელი აჩვენებს სიმძლავრისა და ეფექტურობის პერსპექტიულ გაუმჯობესებას, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია დავიწყოთ ამ ცვლილებების განხორციელება რეალურ სამყაროში.”
მესამე ეტაპისთვის - რეალურ სამყაროში გამოცდებისთვის - გუნდმა მოაწყო ტრაქტორი-პლანტატორის კომბინაცია უამრავი სენსორით.
„ჩვენ უნდა ვიცოდეთ რამდენ ენერგიას მოიხმარს ტრაქტორი, რას აკეთებენ ჰიდრავლიკური ტუმბოები და როგორია წნევა და ნაკადის სიჩქარე მთელ პლანტერზე“, - თქვა ჯეიკ ლენგაჩერმა, პირველი კურსის დოქტორი. სტუდენტი. ”მთელი ეს გაყვანილობა მიდის მონაცემთა შეძენის ახალ ყუთში, რომელიც ჩვენ დავაყენეთ კაბინაში, ასე რომ, ჩვენ გვაქვს სრული სურათი იმის შესახებ, თუ რა ხდება დარგვის ციკლის დროს.”
საბედნიეროდ გუნდისთვის, პერდუს უამრავი ადგილი აქვს გიგანტური ტრაქტორების მოსავლელად. The სოფლის მეურნეობის კოლეჯი ვაკას გუნდს გამოყო მეოთხედი მილის მიწის ნაკვეთი ცხოველთა მეცნიერებათა კვლევისა და განათლების ცენტრი დასავლეთ ლაფაიეტში.
”ჩვენ ძალიან გაგვიმართლა Purdue-ში”, - თქვა ვაკამ. „ჩვენ გვაქვს ბევრი ლაბორატორიული სივრცე მაჰაში, სადაც შეგვიძლია გამოვცადოთ ეს დიდი მანქანები კონტროლირებად პირობებში; სოფლის მეურნეობას ასევე აქვს უამრავი ფერმის ნაკვეთი, სადაც შეგვიძლია ჩავატაროთ საველე კვლევები“.
და ვინაიდან გუნდის არცერთ წევრს არ ჰქონია ამხელა ტრაქტორი მინდორში მართული, ქეისი ნიუ ჰოლანდი ჩაუტარდა ტრენინგს, რათა ესწავლებინა მათ ტარება.
”25,000 ფუნტიანი ტრაქტორის 435 ცხენის ძალის სიმძლავრე, 10,000 ფუნტიანი პლანტერის ბუქსირება - ეს საოცარია”, - თქვა სტუმპმა. ”მაგრამ ასევე საკმაოდ ბევრი რამ ხდება კაბინაში, განსაკუთრებით პლანტატორის მუშაობისთვის. ეს ნამდვილად ორი კაცის სამუშაოა, ასე რომ, როგორც წესი, ჯეიკი ასევე იმყოფება კაბინაში და აკონტროლებს მონაცემებს ლეპტოპზე“.
გუნდმა ჩაატარა რამდენიმე გაშვება 2021 წლის გაზაფხულზე, სადაც დარგეს სიმინდის თესლი სხვადასხვა წინასწარ განსაზღვრული ძრავის სიჩქარითა და დარგვის სიჩქარით. მონაცემების შესწავლისას მათ აღმოაჩინეს, რომ მათი ახალი ჰიდრავლიკური კონტროლის სისტემები ეფექტურობის 25%-ით გაიზარდა.
„იმ საწვავის ოდენობის გათვალისწინებით, რომელსაც ტიპიური ტრაქტორი მოიხმარს, ეს უზარმაზარი გაუმჯობესებაა“, - თქვა ვაკამ. „და ეს მხოლოდ დასაწყისია. ჩვენი პროექტის მიზანია გააორმაგოს ჰიდრავლიკური კონტროლის სისტემის ეფექტურობა. სამომავლოდ ვგეგმავთ წნევის კონტროლის მიდგომის დანერგვას საკონტროლო ლოგიკისთვის, რაც არასოდეს ყოფილა მცდელობა სასოფლო-სამეურნეო მანქანებში“.
”როდესაც დავინახე მონაცემები, რომლებიც ამტკიცებდა, რომ ჩვენი გამოსავალი მუშაობდა, ძალიან ბედნიერი ვიყავი”, - თქვა გუომ. „მე გავიზარდე ქალაქში, ამიტომ ასეთ ფერმაში ყოფნა ჩემთვის საკმაოდ საინტერესო გამოცდილებაა. ჩემი სპეციალობა არის საკონტროლო სისტემები, ამიტომ ძალიან საინტერესო იყო ლაბორატორიაში ჩვენი თეორიების გამოცდა რეალურ სამყაროში. სითხის სიმძლავრე კარგად ჩამოყალიბებული სფეროა, მაგრამ ჯერ კიდევ არსებობს იმდენი პოტენციალი, რომ შემოგვთავაზოს ახალი სისტემები და ახალი არქიტექტურები, რათა ყველაფერი კიდევ უფრო უკეთესი იყოს. ”
სტამპმა თქვა: „არასდროს წარმოვიდგენდი, რომ ტრაქტორს ფერმის მინდორში გავატარებდი დოქტორანტურის მისაღებად. გეგმები მქონდა აერონავტიკაში წასვლა. მაგრამ ამ ტრაქტორების ჰიდრავლიკა ისეთივე რთულია, როგორც თვითმფრინავი ან რაკეტა. სითხის სიმძლავრეში ღრმად ჩაძირვა დიდად გამოიყენებოდა ჩემს მომავალ ინჟინერიაში.”
ტიანმა თქვა: ”ეს რა თქმა უნდა, ჩემი დროის ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენაა პერდუში. ამ მოდელებს ძალიან დიდ დროს ვუთმობდი და შედეგების გაუმჯობესება ნამდვილად ბედნიერი მომენტი იყო ჩემთვის. ”
ვაკამ თქვა: „ჩვენი სტუდენტების შრომისმოყვარეობის დანახვა – და იდეის ლაბორატორიიდან მინდორში მოხვედრის მოწმე – ეს ნამდვილად ჩვენი საქმის საუკეთესო ნაწილია“.
- ჯარედ პაიკი, პერდუს უნივერსიტეტი