आधुनिक कृषि ट्रैक्टरों में इतनी अत्याधुनिक तकनीक होती है, वे नवीनतम अंतरिक्ष यान को भी टक्कर देते हैं। लेकिन बैक एंड अभी भी पुराने स्कूल का है, जो काफी हद तक जीवाश्म ईंधन पर निर्भर है। तो ट्रैक्टर दक्षता में कोई भी अनुकूलन पर्यावरण के लिए एक बड़ी जीत है।
इसे ध्यान में रखते हुए, पर्ड्यू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने ट्रैक्टर और उपकरणों को जोड़ने वाले हाइड्रोलिक सिस्टम को अनुकूलित करने के लिए $3.2 मिलियन ऊर्जा विभाग की परियोजना शुरू की है।
"द्रव शक्ति हर जगह है," कहा एंड्रिया वेक्का, पर्ड्यू के महा फ्लुइड पावर फैकल्टी चेयर, के प्रोफेसर मैकेनिकल इंजीनियरिंग और कृषि और जैविक इंजीनियरिंग, और के निदेशक महा फ्लूइड पावर रिसर्च सेंटर, देश की सबसे बड़ी अकादमिक हाइड्रोलिक्स लैब। "यह हवाई जहाज में, कारों में और सभी प्रकार के भारी उपकरणों में उपयोग किया जाता है। ट्रैक्टर एक ऐसे वाहन का उदाहरण है जो स्टीयरिंग और प्रोपल्शन से लेकर अपने पीछे खींचे जाने वाले उपकरणों को शक्ति प्रदान करने के लिए द्रव शक्ति का उपयोग करता है।"
लेकिन उपकरणों को बिजली देना एक समस्या साबित हुई है। ट्रैक्टर के हाइड्रोलिक कंट्रोल सिस्टम ने प्लांटर्स, सीडर और बेलर जैसे कुछ उपकरणों के हाइड्रोलिक सिस्टम से जुड़े होने पर केवल 20% दक्षता दिखाई है।
"नियंत्रण में एक संघर्ष है, जहां दो प्रणालियां लगभग एक-दूसरे से लड़ रही हैं," पैट्रिक स्टंप ने कहा, एक पीएच.डी. मैकेनिकल इंजीनियरिंग में छात्र। "परिणामस्वरूप, जब यह एक प्लांटर से जुड़ा होता है, तो ट्रैक्टर को हमेशा अत्यधिक उच्च शक्ति पर चलना पड़ता है, जिससे ईंधन की बर्बादी होती है और उत्सर्जन बढ़ता है।"
इस अध्ययन में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के माध्यम से वित्त पोषित ऊर्जा दक्षता और अक्षय ऊर्जा का कार्यालय, Vacca की टीम ने अपना ध्यान ट्रैक्टर और प्लांटर के एक विशिष्ट कॉम्बो पर केंद्रित किया, दोनों द्वारा प्रदान किया गया केस न्यू हॉलैंड इंडस्ट्रियल, द्वारा प्रदान की गई हाइड्रोलिक सिस्टम के साथ बॉश रेक्स्रोथ. वीडियो देखें.
प्लांटर 40 फीट चौड़ा है, जिसमें 16 रोपने की पंक्तियाँ हैं।
"प्रत्येक पंक्ति में बीज बोने के लिए एक साथ काम करने वाली कई मशीनें हैं," ज़ियाओफ़ान गुओ, एक पीएच.डी. ने कहा। मैकेनिकल इंजीनियरिंग में छात्र। “मौजूदा वनस्पति को हटाने के लिए सामने एक सफाई का पहिया है। एक काटने वाली डिस्क जमीन में एक छोटी सी खाई को काटती है, एक मोटर वास्तव में बीज को जमीन में चलाती है, एक स्प्रेयर पानी और उर्वरक को छेद में डालता है और फिर एक अंतिम डिस्क छेद को कवर करती है। इन रोपण पंक्तियों में से 16 हैं, जिन्हें सफलतापूर्वक बीज बोने के लिए विशिष्ट मात्रा में दबाव की आवश्यकता होती है। और ये सभी एक ही हाइड्रोलिक सिस्टम द्वारा संचालित हैं।"
ट्रैक्टर-प्लांटर कॉम्बो को अनुकूलित करने की समस्या से निपटने के लिए, वेक्का की टीम ने तीन-चरण का दृष्टिकोण चुना। सबसे पहले, शोधकर्ताओं को हाइड्रोलिक सिस्टम को चिह्नित करने और कंप्यूटर में एक सिमुलेशन मॉडल बनाने की आवश्यकता थी।
"ये ट्रैक्टर महंगी और जटिल मशीनें हैं," शिन तियान, एक पीएच.डी. ने कहा। चार साल की अवधि में मॉडल विकसित करने वाले छात्र। “इसलिए हमने अलग-अलग घटकों की मॉडलिंग करके और उन्हें यहां प्रयोगशाला में स्थिर स्थिति में परीक्षण करके शुरू किया। जब वे सटीक होते हैं, तो हम घटक मॉडल को एक सिस्टम में जोड़ते हैं - और सिस्टम का परीक्षण करते हैं - ताकि हम सत्यापित कर सकें कि पूरा मॉडल मान्य है। मॉडल इतना बड़ा और जटिल है, मेरी टीम इसे 'द मॉन्स्टर' कहती है।"
एक बार जब उन्होंने अपने मॉडल को मान्य कर लिया, तो शोधकर्ता चरण दो में चले गए: ऐसे समाधान विकसित करना जिनका वे परीक्षण कर सकें।
"विभिन्न रोपण स्थितियों के लिए अलग-अलग मात्रा में दबाव और प्रवाह दर की आवश्यकता होती है," तियान ने कहा। "यदि मॉडल शक्ति और दक्षता में आशाजनक सुधार दिखाता है, तो हम वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में इन परिवर्तनों को लागू करना शुरू कर सकते हैं।"
तीसरे चरण के लिए - वास्तविक दुनिया के परीक्षण - टीम ने ट्रैक्टर-प्लांटर कॉम्बो को असंख्य सेंसर के साथ तैयार किया।
"हमें यह जानने की जरूरत है कि ट्रैक्टर कितनी बिजली की खपत कर रहा है, हाइड्रोलिक पंप क्या कर रहे हैं, और पूरे प्लांटर में दबाव और प्रवाह दर क्या है," प्रथम वर्ष के पीएचडी जेक लेंगाचर ने कहा। छात्र। "वह सभी वायरिंग एक नए डेटा अधिग्रहण बॉक्स में ले जाती है जिसे हमने कैब में स्थापित किया है, इसलिए हमारे पास एक रोपण चक्र के दौरान क्या हो रहा है, इसकी पूरी तस्वीर है।"
टीम के लिए शुक्र है, पर्ड्यू में विशाल ट्रैक्टरों के घूमने के लिए बहुत सारे स्थान हैं। कृषि महाविद्यालय Vacca की टीम को में भूमि की एक चौथाई मील की पट्टी आवंटित की गई पशु विज्ञान अनुसंधान और शिक्षा केंद्र पश्चिम लाफायेट में।
"हम पर्ड्यू में बहुत भाग्यशाली हैं," वेक्का ने कहा। “महा में हमारे पास बहुत अधिक प्रयोगशाला स्थान है जहाँ हम नियंत्रित परिस्थितियों में इन बड़ी मशीनों का परीक्षण कर सकते हैं; और कृषि में भी बहुत सारे खेत हैं जहां हम फील्ड रिसर्च कर सकते हैं।"
और चूंकि टीम के किसी भी सदस्य ने कभी भी क्षेत्र में इतने बड़े ट्रैक्टर का संचालन नहीं किया था, केस न्यू हॉलैंड ने उन्हें गाड़ी चलाना सिखाने के लिए प्रशिक्षण प्रदान किया।
स्टंप ने कहा, "25,000 हॉर्सपावर वाले 435 पाउंड के ट्रैक्टर की ताकत, 10,000 पाउंड के प्लांटर को रौंदना - यह आश्चर्यजनक है।" “लेकिन कैब में भी काफी कुछ चल रहा है, खासकर प्लांटर को संचालित करने के लिए। यह निश्चित रूप से दो लोगों का काम है, इसलिए आमतौर पर जेक भी कैब में होता है और लैपटॉप पर डेटा की निगरानी करता है।”
टीम ने 2021 के वसंत में कई रन बनाए, जहां उन्होंने विभिन्न पूर्व-निर्धारित इंजन गति और रोपण दरों पर मकई के बीज लगाए। डेटा के माध्यम से, उन्होंने पाया कि उनकी नई हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली का कुल मिलाकर 25% दक्षता में वृद्धि हुई है।
वैक्का ने कहा, "एक सामान्य ट्रैक्टर द्वारा खपत किए जाने वाले ईंधन की मात्रा को देखते हुए, यह एक बड़ा सुधार है।" "और यह सिर्फ शुरुआत है। हमारा परियोजना लक्ष्य समग्र हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली की दक्षता को दोगुना करना है। भविष्य में, हम नियंत्रण तर्क के लिए एक दबाव नियंत्रण दृष्टिकोण स्थापित करने की योजना बना रहे हैं, जिसे कृषि वाहनों में कभी भी प्रयास नहीं किया गया है।"
गुओ ने कहा, "जब मैंने देखा कि डेटा ने हमारे समाधान को साबित कर दिया है, तो मैं बहुत खुश था।" “मैं एक शहर में पला-बढ़ा हूं, इसलिए इस तरह से एक खेत पर जाना मेरे लिए काफी रोमांचक अनुभव है। मेरी विशेषता नियंत्रण प्रणाली है, इसलिए प्रयोगशाला में हमारे सिद्धांतों को वास्तविक दुनिया में परीक्षण के लिए देखना बहुत दिलचस्प था। द्रव शक्ति एक अच्छी तरह से स्थापित क्षेत्र है, लेकिन चीजों को और बेहतर बनाने के लिए नई प्रणालियों और नए आर्किटेक्चर का प्रस्ताव करने की अभी भी बहुत संभावनाएं हैं।"
स्टंप ने कहा, "मैंने कभी नहीं सोचा था कि मैं अपनी पीएच.डी. के लिए खेत के माध्यम से ट्रैक्टर चलाऊंगा। मेरी एयरोस्पेस में जाने की योजना थी। लेकिन इन ट्रैक्टरों पर हाइड्रोलिक्स एक हवाई जहाज या रॉकेट जितना जटिल है। इंजीनियरिंग में मेरे भविष्य के लिए द्रव शक्ति में गहरा गोता लगाना बेहद लागू है। ”
तियान ने कहा, "यह निश्चित रूप से पर्ड्यू में मेरे समय का मुख्य आकर्षण है। मैंने इन मॉडलों में इतना समय लगाया, और परिणामों में सुधार देखना वास्तव में मेरे लिए खुशी का क्षण था।"
वेक्का ने कहा, "हमारे छात्रों की कड़ी मेहनत को देखना - और एक विचार को प्रयोगशाला से क्षेत्र में देखना - यह वास्तव में हमारे काम का सबसे अच्छा हिस्सा है।"
- जारेड पाइक, पर्ड्यू विश्वविद्यालय