I trattori agriculi muderni cuntenenu tanta tecnulugia di punta, rivali ancu cù l'ultime navi spaziali. Ma u back-end hè sempre di a scola antica, basandu largamente in i combustibili fossili. Allora ogni ottimisazione in l'efficienza di u trattore hè una grande vittoria per l'ambiente.
Cù questu in mente, i ricercatori di l'Università Purdue anu intrapresu un prughjettu di u Dipartimentu di l'Energia di $ 3.2 milioni per ottimisà i sistemi idraulichi chì cunnetta trattori è implementi.
"U putere di fluidu hè in ogni locu", disse Andrea Vacca, Purdue's Maha Fluid Power Faculty Chair, prufissore di ingegneria meccanica e ingegneria agricula è biologica, è direttore di u Maha Fluid Power Research Center, u più grande laboratoriu idraulicu accademicu in u paese. "Hè usatu in aerei, in vitture, è in ogni tipu d'equipaggiu pesante. Un trattore hè un esempiu di un veiculu chì usa energia fluida per attuà tuttu, da a guida è a propulsione, à l'alimentazione di l'attrezzi chì tira daretu.
Ma l'alimentazione di l'attrezzi hà dimustratu esse un prublema. U sistema di cuntrollu idraulicu di u trattore hà dimustratu solu 20% di efficienza quandu hè cunnessu à i sistemi idraulichi di certi strumenti cum'è piantatori, seminatori è bailers.
"Ci hè un cunflittu in i cuntrolli, induve i dui sistemi sò quasi cummattenti", disse Patrick Stump, Ph.D. studiente in ingegneria meccanica. "In u risultatu, quandu hè cunnessu à una piantatrice, u trattore deve sempre funziunà à una putenza estremamente alta, chì spreca carburante è aumenta l'emissioni".
In questu studiu, finanziatu da u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti Uffiziu di Efficienza Energetica è Energie Rinnovabili, A squadra di Vacca hà focalizatu a so attenzione nantu à un combo specificu di tractor è piantatrice, tramindui furniti da Case New Holland Industrial, cù sistemi idraulichi furniti da Bosch Rexroth. Vede u video.
A piantazione hè larga 40 metri, cù 16 fila di piantazione.
"Ogni fila hà parechje macchine chì travaglianu inseme per plantà a sumente", disse Xiaofan Guo, Ph.D. studiente in ingegneria meccanica. "Ci hè una rota di pulizia davanti per sguassà a vegetazione esistente. Un discu di taglio taglia una fossa minuscula in a terra, un mutore in realtà conduce e sementi in terra, un pulverizadoru alimenta l'acqua è u fertilizzante in u burcu è dopu un discu finale copre u burato. Ci sò 16 di sti filari di piantazione, chì necessitanu quantità specifichi di pressione per plantà bè e sementi. È tutti sò alimentati da un solu sistema idraulicu ".
Per affruntà u prublema di ottimisazione di u combo tractor-planter, a squadra di Vacca hà sceltu un approcciu trifase. Prima, i circadori avianu bisognu di caratterizà u sistema idraulicu è di custruisce un mudellu di simulazione in l'urdinatore.
"Questi trattori sò machini caru è cumplessi", disse Xin Tian, Ph.D. studiente chì hà sviluppatu i mudelli in quattru anni. "Allora avemu cuminciatu à modellà cumpunenti individuali è à pruvà in una cundizione stazionaria quì in u laboratoriu. Quandu quelli sò precisi, cumbinemu i mudelli di cumpunenti in un sistema - è pruvà u sistema - cusì pudemu verificà chì tuttu u mudellu hè validu. U mudellu hè cusì grande è cumplessu, a mo squadra u chjama "U Mostru!"
Dopu avè validatu u so mudellu, i circadori si sò passati à a seconda fase: sviluppà suluzioni chì puderanu pruvà.
"E diverse cundizioni di piantazione necessitanu quantità differenti di pressione è flussu", disse Tian. "Se u mudellu mostra miglioramenti promettenti in u putere è l'efficienza, allora pudemu cumincià à implementà questi cambiamenti in cundizioni di u mondu reale".
Per a terza fase - teste di u mondu reale - a squadra hà equipatu u combo tractor-planter cù una miriade di sensori.
"Avemu bisognu di sapè quantu putenza u trattore cunsumà, ciò chì facenu e pompe idrauliche, è ciò chì a pressione è u flussu sò in tutta a piantazione", disse Jake Lengacher, Ph.D. studiente. "Tuttu quellu cablaggio porta in una nova scatula di acquisizione di dati chì avemu stallatu in a cabina, cusì avemu una stampa completa di ciò chì succede durante un ciclu di piantazione".
Fortunatamente per a squadra, Purdue hà assai posti per i trattori giganti per vaghjime. U Facoltà di Agricultura hà attribuitu à a squadra di Vacca una striscia di terra di quartu di milla à u Centru di Ricerca è Educazione in Scienze Animali in West Lafayette.
"Semu assai furtunati à Purdue", disse Vacca. "Avemu assai spaziu di labburatoriu in Maha induve pudemu pruvà sti grandi machini in cundizioni cuntrullati; è l'Agricultura hà ancu assai terreni agriculi induve pudemu fà ricerche di campu ".
È postu chì nimu di i membri di a squadra ùn avia mai operatu un trattore cusì grande in u campu, Case New Holland hà furnitu furmazione per insignà à guidà.
"A putenza pura di un trattore di 25,000 libbra cù 435 cavalli, trainendu una piantatrice di 10,000 libbra - hè stupente", disse Stump. "Ma ci sò ancu assai cose in a cabina, soprattuttu per operà a piantatrice. Hè definitivamente un travagliu di dui omi, cusì di solitu Jake hè ancu in cabina chì monitorizza e dati nantu à un laptop.
A squadra hà realizatu parechje corse in a primavera di u 2021, induve anu piantatu sementi di granu à diverse velocità di mutore predeterminate è tassi di piantazione. Pettinendu i dati, anu truvatu chì i so novi sistemi di cuntrollu idraulicu si traducenu in un aumentu di efficienza generale di 25%.
"Datu a quantità di carburante chì cunsuma un trattore tipicu, hè una mellura massiva", disse Vacca. "E questu hè solu u principiu. U nostru scopu di prughjettu hè di duppià l'efficienza di u sistema di cuntrollu idraulicu generale. In u futuru, pensemu à istituì un approcciu di cuntrollu di pressione per a logica di cuntrollu, chì ùn hè mai statu pruvatu in i veiculi agriculi ".
"Quandu aghju vistu i dati chì anu dimustratu chì a nostra suluzione hà travagliatu, eru cusì felice", disse Guo. "Sò crisciutu in una cità, dunque esse fora in una splutazioni cum'è questu hè una sperienza abbastanza eccitante per mè. A mo specialità hè i sistemi di cuntrollu, cusì era cusì interessante di vede e nostre teorie in u labburatoriu esse messe à a prova in u mondu reale. A putenza di fluidu hè un campu ben stabilitu, ma ci hè ancu assai potenziale per prupone novi sistemi è architetture novi per fà e cose ancu megliu ".
Stump hà dettu: "Ùn aghju mai imaginatu chì guidassi un trattore attraversu un campu agriculu per u mo Ph.D. Aviu avutu i piani di andà in aerospaziale. Ma l'idraulica in questi trattori hè cum'è cumplessu cum'è un aviò o un cohete. Immerse in profondità in u putere fluidu hè statu assai applicabile à u mo futuru in ingegneria ".
Tian hà dettu: "Hè certamente u puntu culminante di u mo tempu quì à Purdue. Aghju misu tantu tempu in questi mudelli, è per vede a migliione di i risultati era veramente un mumentu felice per mè ".
Vacca hà dettu: "Videndu u travagliu duru di i nostri studienti - è tistimuniendu una idea chì vene da u laboratoriu à u campu - hè veramente a più bona parte di u nostru travagliu".
- Jared Pike, Università Purdue