Ժամանակակից գյուղատնտեսական տրակտորները պարունակում են այնքան ժամանակակից տեխնոլոգիաներ, որ նրանք մրցակցում են նույնիսկ նորագույն տիեզերանավերի հետ: Բայց հետևի վերջը դեռևս հին դպրոցական է՝ հիմնականում հիմնված հանածո վառելիքի վրա: Այսպիսով, տրակտորների արդյունավետության ցանկացած օպտիմալացում շրջակա միջավայրի համար հսկայական հաղթանակ է:
Սա նկատի ունենալով, Փրդյուի համալսարանի հետազոտողները ձեռնարկել են 3.2 միլիոն դոլար արժողությամբ Էներգետիկայի դեպարտամենտի նախագիծ՝ տրակտորներն ու սարքերը միացնող հիդրավլիկ համակարգերը օպտիմալացնելու համար:
«Հեղուկի էներգիան ամենուր է», - ասաց Անդրեա Վակկա, Purdue's Maha Fluid Power ֆակուլտետի ամբիոն, պրոֆեսոր Mechanical Engineering և գյուղատնտեսական և կենսաբանական ճարտարագիտություն, և տնօրեն Maha Fluid Power հետազոտական կենտրոն, երկրի ամենամեծ ակադեմիական հիդրավլիկ լաբորատորիան: «Այն օգտագործվում է ինքնաթիռներում, մեքենաներում և բոլոր տեսակի ծանր տեխնիկայում: Տրակտորը մեքենայի օրինակ է, որն օգտագործում է հեղուկի ուժը՝ գործի դնելու ամեն ինչ՝ սկսած ղեկից և շարժիչից, մինչև իր հետևից քաշած գործիքները սնուցելու համար»։
Սակայն սարքերի սնուցումն ապացուցվել է, որ խնդիր է: Տրակտորի հիդրավլիկ կառավարման համակարգը ցույց է տվել ընդամենը 20% արդյունավետություն, երբ միացված է որոշ սարքերի հիդրավլիկ համակարգերին, ինչպիսիք են տնկիչները, սերմնացանները և խարույկները:
«Կա կոնֆլիկտ հսկիչների մեջ, որտեղ երկու համակարգերը գրեթե կռվում են միմյանց հետ», - ասում է Պատրիկ Ստամփը, բ.գ.թ. մեքենաշինության ուսանող. «Արդյունքում, երբ այն միացված է տնկարկին, տրակտորը միշտ պետք է աշխատի չափազանց բարձր հզորությամբ, ինչը վատնում է վառելիքը և ավելացնում արտանետումները»։
Այս ուսումնասիրության մեջ, որը ֆինանսավորվում է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության կողմից Էներգաարդյունավետության և վերականգնվող էներգետիկայի գրասենյակ, Vacca-ի թիմն իր ուշադրությունը կենտրոնացրել է տրակտորի և տնկարկի հատուկ համակցման վրա, որոնք երկուսն էլ տրամադրվել են Case New Holland Industrial, կողմից տրամադրվող հիդրավլիկ համակարգերով Bosch Rexroth- ը. Տես տեսանյութեր.
Ծառատունկի լայնությունը 40 ոտնաչափ է, 16 տնկման շարքով:
«Յուրաքանչյուր շարքում կան բազմաթիվ մեքենաներ, որոնք միասին աշխատում են սերմը տնկելու համար», - ասում է Սիաոֆան Գուոն, բ.գ.թ. մեքենաշինության ուսանող. «Առջևում մաքրող անիվ կա՝ գոյություն ունեցող բուսականությունը հեռացնելու համար: Կտրող սկավառակը կտրում է գետնին մի փոքրիկ խրամատ, շարժիչը իրականում սերմերը մղում է գետնին, հեղուկացիրը ջուրն ու պարարտանյութը սնուցում է անցքի մեջ, այնուհետև վերջնական սկավառակը ծածկում է անցքը: Այս տնկման շարքերը 16-ն են, որոնց որոշակի ճնշում է պետք՝ սերմերը հաջողությամբ տնկելու համար: Եվ բոլորն էլ սնվում են մեկ հիդրավլիկ համակարգով»։
Տրակտոր-տնկատուն կոմբինատի օպտիմալացման խնդիրը լուծելու համար Vacca-ի թիմն ընտրեց եռաֆազ մոտեցում: Նախ, հետազոտողները պետք է բնութագրեին հիդրավլիկ համակարգը և կառուցեին սիմուլյացիոն մոդել համակարգչում:
«Այս տրակտորները թանկարժեք և բարդ մեքենաներ են», - ասում է Սին Թյանը, բ.գ.թ. ուսանող, ով մշակել է մոդելները չորս տարվա ընթացքում: «Այսպիսով, մենք սկսեցինք մոդելավորել առանձին բաղադրիչներ և փորձարկել դրանք անշարժ վիճակում այստեղ՝ լաբորատորիայում: Երբ դրանք ճշգրիտ են, մենք միավորում ենք բաղադրիչ մոդելները համակարգի մեջ և փորձարկում ենք համակարգը, որպեսզի կարողանանք ստուգել, որ ամբողջ մոդելը վավեր է: Մոդելը այնքան մեծ է և բարդ, որ իմ թիմն այն անվանում է «Հրեշ»:
Երբ նրանք վավերացրին իրենց մոդելը, հետազոտողները անցան երկրորդ փուլ՝ մշակելով լուծումներ, որոնք կարող էին փորձարկել:
«Տնկման տարբեր պայմանները պահանջում են տարբեր քանակությամբ ճնշում և հոսքի արագություն», - ասաց Թիանը: «Եթե մոդելը ցույց տա հզորության և արդյունավետության խոստումնալից բարելավումներ, ապա մենք կարող ենք սկսել իրականացնել այդ փոփոխությունները իրական աշխարհի պայմաններում»:
Երրորդ փուլի՝ իրական աշխարհի փորձարկումների համար, թիմը համալրել է տրակտոր-տնակային կոմպոզիցիան անթիվ սենսորներով:
«Մենք պետք է իմանանք, թե որքան էներգիա է սպառում տրակտորը, ինչ են անում հիդրավլիկ պոմպերը, և ինչպիսի ճնշում և հոսքի արագություն կա ամբողջ տնկարկի վրա», - ասում է Ջեյք Լենգաչերը, առաջին կուրսի բ.գ.թ. ուսանող. «Այդ ողջ լարերը տանում են դեպի նոր տվյալների հավաքագրման տուփ, որը մենք տեղադրել ենք տնակում, այնպես որ մենք ամբողջական պատկերացում ունենք այն մասին, թե ինչ է կատարվում տնկման ցիկլի ընթացքում»:
Բարեբախտաբար թիմի համար, Պերդյուն շատ տեղեր ունի հսկա տրակտորների համար: Այն Գյուղատնտեսական քոլեջ Վակկայի թիմին հատկացրել է քառորդ մղոնանոց հողատարածք Կենդանական գիտությունների գիտահետազոտական և կրթական կենտրոն Արեւմտյան Լաֆայետում։
«Մենք շատ բախտավոր ենք Փերդյուում», - ասաց Վակկան: «Մենք ունենք շատ լաբորատոր տարածք Մահայում, որտեղ մենք կարող ենք փորձարկել այս մեծ մեքենաները վերահսկվող պայմաններում. և Գյուղատնտեսությունը նաև ունի բազմաթիվ ֆերմերային հողատարածքներ, որտեղ մենք կարող ենք դաշտային հետազոտություններ անցկացնել»:
Եվ քանի որ թիմի անդամներից և ոչ ոք դաշտում նման մեծ տրակտոր չէր շահագործել, Քեյս Նյու Հոլանդը դասընթացներ անցկացրեց՝ սովորեցնելու նրանց վարել:
«25,000 ֆունտանոց տրակտորի 435 ձիաուժ հզորությունը, 10,000 ֆունտանոց տնկարկի քարշակը, դա զարմանալի է», - ասաց Սթամպը: «Բայց տնակում նույնպես բավականին շատ բան է կատարվում, հատկապես տնկարանն աշխատեցնելու համար: Դա միանշանակ երկու հոգու աշխատանք է, ուստի սովորաբար Ջեյքը նույնպես տնակում է և վերահսկում է նոութբուքի տվյալները»:
Թիմը մի քանի վազք է անցկացրել 2021 թվականի գարնանը, որտեղ եգիպտացորենի սերմեր են տնկել տարբեր նախապես որոշված շարժիչի արագությամբ և տնկման արագությամբ: Տվյալները ուսումնասիրելով՝ նրանք պարզեցին, որ իրենց նոր հիդրավլիկ կառավարման համակարգերը վերածվել են ընդհանուր 25% արդյունավետության բարձրացման:
«Հաշվի առնելով վառելիքի քանակությունը, որը սովորական տրակտորը սպառում է, դա հսկայական բարելավում է», - ասաց Վակկան: «Եվ սա միայն սկիզբն է։ Մեր ծրագրի նպատակն է կրկնապատկել ընդհանուր հիդրավլիկ կառավարման համակարգի արդյունավետությունը: Հետագայում մենք նախատեսում ենք վերահսկման տրամաբանության համար ներդնել ճնշման վերահսկման մոտեցում, որը երբևէ չի փորձվել գյուղատնտեսական մեքենաներում»։
«Երբ տեսա այն տվյալները, որոնք ապացուցում էին, որ մեր լուծումն աշխատում է, ես այնքան ուրախ էի», - ասաց Գուոն: «Ես մեծացել եմ քաղաքում, ուստի նման ֆերմայում լինելը բավականին հետաքրքիր փորձ է ինձ համար: Իմ մասնագիտությունը կառավարման համակարգերն են, ուստի այնքան հետաքրքիր էր տեսնել, որ մեր տեսությունները լաբորատորիայում փորձարկվում են իրական աշխարհում: Հեղուկի էներգիան լավ կայացած ոլորտ է, բայց դեռ այնքան մեծ ներուժ կա առաջարկելու նոր համակարգեր և նոր ճարտարապետություններ՝ ամեն ինչ ավելի լավը դարձնելու համար»:
Սթամփն ասաց. «Ես երբեք չէի պատկերացնում, որ տրակտորով կքշեմ ֆերմայի դաշտում իմ Ph.D.-ի համար: Ես պլաններ ունեի գնալու ավիատիեզերական ոլորտում: Բայց այս տրակտորների հիդրավլիկան այնքան բարդ է, որքան ինքնաթիռը կամ հրթիռը: Հեղուկի էներգիայի մեջ խորը սուզվելը մեծապես կիրառելի է ինժեներական իմ ապագայի համար»:
Թիանն ասաց. Ես այնքան ժամանակ եմ հատկացրել այս մոդելներին, և արդյունքների բարելավումը տեսնելն իսկապես ուրախ պահ էր ինձ համար»:
Վակկան ասաց. «Մեր ուսանողների քրտնաջան աշխատանքը տեսնելը և լաբորատորիայից դաշտ հասնելու գաղափարի ականատես լինելը, դա իսկապես մեր աշխատանքի լավագույն մասն է»:
- Ջարեդ Փայկ, Փրդյու համալսարան