Matrekta ya kisasa ya kilimo yana teknolojia ya kisasa sana, yanashindana hata na chombo cha hivi karibuni. Lakini mwisho wa nyuma bado ni shule ya zamani, inayotegemea sana nishati ya mafuta. Kwa hivyo uboreshaji wowote katika ufanisi wa trekta ni ushindi mkubwa kwa mazingira.
Kwa kuzingatia hili, watafiti wa Chuo Kikuu cha Purdue wamefanya mradi wa Idara ya Nishati wa $ 3.2 milioni ili kuboresha mifumo ya majimaji inayounganisha matrekta na zana.
"Nguvu za maji ziko kila mahali," alisema Andrea Vacca, Mwenyekiti wa Kitivo cha Nguvu cha Maha Fluid cha Purdue, profesa wa Uhandisi mitambo na uhandisi wa kilimo na kibaolojia, na mkurugenzi wa Kituo cha Utafiti cha Nguvu cha Maha Fluid, maabara kubwa zaidi ya kitaaluma ya majimaji nchini. “Inatumika katika ndege, magari, na kila aina ya vifaa vizito. Trekta ni mfano wa gari linalotumia nguvu ya maji kuamsha kila kitu kutoka kwa usukani na kusongesha, hadi kuwezesha zana inayovuta nyuma yake.
Lakini kuwezesha zana kumeonekana kuwa tatizo. Mfumo wa udhibiti wa majimaji wa trekta umeonyesha ufanisi wa 20% tu wakati umeunganishwa kwenye mifumo ya majimaji ya zana fulani kama vile vipandikizi, vipanzi na waweka dhamana.
"Kuna mgongano katika udhibiti, ambapo mifumo miwili karibu inapigana," alisema Patrick Stump, Ph.D. mwanafunzi katika uhandisi wa mitambo. "Matokeo yake, inapounganishwa kwenye mtambo wa kupanda, trekta lazima iendeshe kwa nguvu ya juu sana, ambayo hupoteza mafuta na kuongeza uzalishaji."
Katika utafiti huu, unaofadhiliwa na Idara ya Nishati ya Marekani Ofisi ya Ufanisi wa Nishati na Nishati Mbadala, Timu ya Vacca ililenga umakini wake kwenye mchanganyiko maalum wa trekta na mtambo wa kupanda, vyote vilivyotolewa na Uchunguzi New Holland Industrial, na mifumo ya majimaji inayotolewa na Bosch Rexroth. Tazama video.
Kipanzi kina upana wa futi 40, na safu 16 za kupanda.
"Kila safu ina mashine nyingi zinazofanya kazi pamoja kupanda mbegu," alisema Xiaofan Guo, Ph.D. mwanafunzi katika uhandisi wa mitambo. "Kuna gurudumu la kusafisha mbele ili kuondoa mimea iliyopo. Diski ya kukata hukata mtaro mdogo ardhini, injini inaingiza mbegu ardhini, kinyunyizio hulisha maji na mbolea ndani ya shimo na kisha diski ya mwisho hufunika shimo. Kuna safu 16 kati ya hizi za upandaji, ambazo zinahitaji viwango maalum vya shinikizo ili kupanda mbegu kwa mafanikio. Na zote zinaendeshwa na mfumo mmoja wa majimaji.”
Ili kukabiliana na tatizo la kuboresha mchanganyiko wa kipanda trekta, timu ya Vacca ilichagua mbinu ya awamu tatu. Kwanza, watafiti walihitaji kuangazia mfumo wa majimaji na kujenga mfano wa kuiga kwenye kompyuta.
"Matrekta haya ni mashine ghali na changamano," alisema Xin Tian, Ph.D. mwanafunzi ambaye alitengeneza modeli kwa muda wa miaka minne. "Kwa hivyo tulianza kwa kuunda vifaa vya mtu binafsi na kuvijaribu katika hali ya kusimama hapa kwenye maabara. Wakati hizo ni sahihi, tunachanganya miundo ya vipengele katika mfumo - na kujaribu mfumo - ili tuweze kuthibitisha kuwa muundo wote ni sahihi. Mfano huo ni mkubwa na changamano, timu yangu inauita 'The Monster!'”
Mara tu walipothibitisha mfano wao, watafiti walihamia awamu ya pili: kutengeneza suluhisho ambazo wangeweza kujaribu.
"Hali tofauti za upandaji zinahitaji viwango tofauti vya shinikizo na kiwango cha mtiririko," Tian alisema. "Ikiwa mtindo unaonyesha maboresho ya kuahidi katika nguvu na ufanisi, basi tunaweza kuanza kutekeleza mabadiliko haya chini ya hali halisi ya ulimwengu."
Katika awamu ya tatu - majaribio ya ulimwengu halisi - timu iliweka mchanganyiko wa kipanda trekta kwa maelfu ya vitambuzi.
"Tunahitaji kujua ni kiasi gani cha nguvu ambacho trekta inatumia, ni nini pampu za majimaji zinafanya, na viwango vya shinikizo na mtiririko ni nini katika kipanda," alisema Jake Lengacher, Ph.D wa mwaka wa kwanza. mwanafunzi. "Waya hizo zote huingia kwenye kisanduku kipya cha kupata data tulichosakinisha kwenye kabati, kwa hivyo tuna picha kamili ya kile kinachoendelea wakati wa mzunguko wa kupanda."
Asante kwa timu, Purdue ina maeneo mengi ya matrekta makubwa kuzurura. The Chuo cha Kilimo aliigawia timu ya Vacca ukanda wa robo maili katika uwanja wa Kituo cha Utafiti na Elimu cha Sayansi ya Wanyama huko Lafayette Magharibi.
"Tuna bahati sana huko Purdue," Vacca alisema. "Tuna nafasi nyingi za maabara huko Maha ambapo tunaweza kujaribu mashine hizi kubwa chini ya hali iliyodhibitiwa; na Kilimo pia kina mashamba mengi ambapo tunaweza kufanya utafiti wa mashambani.”
Na kwa kuwa hakuna hata mmoja wa washiriki wa timu aliyewahi kuendesha trekta kubwa kama hii uwanjani, Case New Holland ilitoa mafunzo ya kuwafundisha jinsi ya kuendesha.
"Nguvu kubwa ya trekta ya pauni 25,000 yenye nguvu ya farasi 435, ikivuta kipanda cha pauni 10,000 - inashangaza," Stump alisema. "Lakini pia kuna mengi yanaendelea kwenye teksi, haswa kuendesha kipanzi. Hakika ni kazi ya watu wawili, kwa hivyo kwa kawaida Jake pia yuko kwenye kabu akifuatilia data kwenye kompyuta ndogo.
Timu ilifanya majaribio kadhaa katika msimu wa kuchipua wa 2021, ambapo walipanda mbegu za mahindi kwa kasi tofauti za injini zilizoamuliwa mapema na viwango vya upandaji. Kuchanganya data, waligundua kuwa mifumo yao mipya ya kudhibiti majimaji ilitafsiriwa kuwa ongezeko la ufanisi la 25%.
"Kwa kuzingatia kiwango cha mafuta ambacho trekta ya kawaida hutumia, hiyo ni uboreshaji mkubwa," Vacca alisema. "Na huu ni mwanzo tu. Lengo letu la mradi ni kuongeza mara mbili ufanisi wa mfumo wa jumla wa udhibiti wa majimaji. Katika siku zijazo, tunapanga kuanzisha mbinu ya kudhibiti shinikizo kwa mantiki ya udhibiti, ambayo haijawahi kujaribiwa katika magari ya kilimo.
"Nilipoona data iliyothibitisha suluhisho letu lilifanya kazi, nilifurahi sana," Guo alisema. "Nilikulia katika jiji, kwa hivyo kuwa nje kwenye shamba kama hili ni uzoefu wa kufurahisha kwangu. Utaalam wangu ni mifumo ya udhibiti, kwa hivyo ilivutia sana kuona nadharia zetu kwenye maabara zikijaribiwa katika ulimwengu wa kweli. Nishati ya maji ni uwanja ulioanzishwa vyema, lakini bado kuna uwezekano mkubwa wa kupendekeza mifumo mipya na usanifu mpya ili kufanya mambo kuwa bora zaidi.
Stump alisema, “Sikuwahi kufikiria ningekuwa nikiendesha trekta kwenye shamba kwa ajili ya Ph.D. Nilikuwa na mipango ya kwenda kwenye anga. Lakini majimaji kwenye matrekta haya ni magumu kila kukicha kama ndege au roketi. Kupiga mbizi ndani ya nguvu ya maji kumetumika sana kwa maisha yangu ya baadaye katika uhandisi.
Tian alisema, “Hakika ni kivutio kikuu cha wakati wangu hapa Purdue. Niliweka wakati mwingi katika mifano hii, na kuona uboreshaji wa matokeo ulikuwa wakati wa furaha kwangu.
Vacca alisema, "Kuona bidii ya wanafunzi wetu - na kushuhudia wazo likitoka kwenye maabara hadi uwanjani - hiyo ndiyo sehemu bora zaidi ya kazi yetu."
- Jared Pike, Chuo Kikuu cha Purdue