Ağır hizmet tipi hareket kontrol uygulaması tasarımcıları, geleneksel olarak hidrolik silindirleri yüksek hızları, ağır yük taşımaları ve dayanıklıkları için belirlerken, kötü ama gerekli şeyler olarak destekleyici altyapı, karmaşık sıvı işleme ve sınırlı dijital yeteneğe yönelik eşlik eden ihtiyacı isteksizce kabul ettiler. Bununla birlikte, hidrolik teknolojisini elektrikli lineer aktüatörlere yerleştiren son gelişmeler, hidroliğin faydalarını dezavantajları olmadan sunmaktadır.
Bu dönüşümden yararlanan bir uygulamanın başlıca örneği, çok sıralı tarım ekim makineleri için tohum derinliği kontrolünün optimizasyonu olmuştur. Colorado merkezli bir tarım teknolojisi yenilikçisi olan Graham Electric Planter, Thomson Industries, Inc.'nin elektro-hidrolik aktüatörlerini kullanarak bir çözüm geliştirdi. Geleneksel ekim makinelerini, hidrolik silindirlerin karmaşıklığı, müdahaleciliği veya yüksek bakım ihtiyacı olmadan gerçek zamanlı, etkileşimli tohum derinliği kontrolü için donatıyor.
İşleri basit tutmak
Mısır, soya ve diğer sıra mahsullerini eken çiftçiler, genellikle maksimum verim için tohumlarını ne kadar derine ekmeleri gerektiğini bilirler, ancak bu derinliğe her gün tarladan tarlaya, sıradan sıraya ve hatta sıralar arasında değişen toprak koşullarında sürekli olarak ulaşmak zordur. Örneğin tohumların çok sığ ekilmesi, yüzeye çok yakın köklenmeye neden olabilirken, çok derin ekilmesi mahsulün çıkışını geciktirebilir.
Günümüzde kullanılan traktörle çekilen ekim makinelerinin çoğu, saban izlerini doğru derinlikte tutmak için tohum uygulayıcılarına bastırma kuvveti uygulayan mekanik yaylarla donatılmıştır, ancak değişen toprak koşullarına uyum sağlamanın hiçbir yolu yoktur.
Graham Yönetici Ortağı Marty Graham, “Yeni bir ekim makinesi satın almaya hazır olmayan ancak toprak değişikliklerini kullandıkları yaylardan daha iyi idare eden bir şey isteyen birçok çiftçiyle tanıştık” diye belirtti.
Graham, mekanik yayları neredeyse gerçek zamanlı olarak hızla ayarlanabilen aktüatörlerle değiştirmeye başladı. İşleri basit tutma felsefesini benimseyen Graham, ihtiyaç duyduğu çalıştırma çözümünün en az aşağıdaki özellikleri gerektireceğini belirledi:
- Elemanlara dayanma yeteneği
- Şok yüklemeye karşı direnç
- Minimum harici altyapı gereksinimleri
- Temiz, az bakım gerektiren çalışma
- Kablosuz entegrasyon
Geleneksel hidrolik silindirler ilk iki gereksinimi karşıladı, ancak Graham bunları kabul etmedi.
“Hidrolik silindirlerden kaçınmak istedik çünkü karmakarışıklar ve her yerde çok sayıda bağlantı parçası, hortum ve kablo var” diyerek, silindir destek sistemlerinin diğer işlevleri yerine getirmek için gereken aşırı yüklenmiş hidrolik sistemleri zorladığını da sözlerine ekledi. Ayrıca, sızdırma ve tehlikeli karışıklıklar yaratma potansiyeline sahip ayrıntılı bir sıvı dağıtım altyapısına ihtiyaç duyarlar.
Hidrolik silindirleri elemek onu elektrikli aktüatörlere yönlendirdi, ancak ihtiyaç duyduğu esnekliğe sahip değillerdi.
Graham, “Tarladan geçiyorsanız ve bir toprak parçasına veya bir kayaya çarparsanız, aktüatörün biraz esnek olması gerekir” dedi. “Normal bilyalı vidalı aktüatörler bükülebilir ve aktüatörleri her zaman değiştirirsiniz.”
Elektrikli aktüatör görünümünde bir hidrolik sistem
Seçenekleri keşfetmeye devam ederken Graham, Thomson'ın, uygulamasının gerektirdiği dayanıklılık ve iletişim özelliklerini, karmaşık, yüksek bakım gerektiren bir harici altyapıya ihtiyaç duymadan sağlayan, yerleşik hidrolik sıvı haznesine sahip bir elektrikli aktüatör sunduğunu keşfetti.
Thomson H-Track elektro-hidrolik aktüatör, sınıfındaki en küçük montaj zarfına sahiptir ve bu ayak izi dahilinde patentli bir valf ve depo tasarımı kullanır. Takılı bir motor, aktüatör içindeki sıvı akışının yönünü kontrol eder ve bir mekik valf ile bağlanan bölünmüş tanklar, sisteme dirençliliğini veren geri basınç tahliyesini sağlar.
The H-Track aktüatörün kendisi bir hidrolik silindirden daha az yer kaplar, ancak her mahsul sırasına sıvı besleme hatları çalıştırmak için harici bir sıvı deposu gerektirmez.
H-Track aktüatör muhafazaları tamamen sızdırmaz, hava şartlarına dayanıklı, toz geçirmez, korozyona dayanıklıdır ve geçici daldırma ve IP69K yüksek basınçlı yıkama için derecelendirilen IP67 statik için test edilmiştir. Ayrıca aktüatör 180°F'ye (82°C) kadar hidrolik sıvı seçenekleri sağlar. Üniteler montaj sırasında yağlanır, fabrikadan ayrıldıktan sonra herhangi bir ayar veya bakım gerektirmez ve aktüatörün ömrü boyunca tutarlı performans göstermesini sağlar.
Graham, “H-Track'in yaptığını yapan başka bir ürün bulamadık” diye belirtti. “Kendi kendine yeten hidrolik hazne kilittir. Diğer satıcılar, bir hidrolik haznedeki tahliye valfinin yaptığını başarmaya çalışıyor, ancak bu, Thomson'ın bugün bize sağladığı kadar iyi değil.”
The Thomson H-Track elektro-hidrolik lineer aktüatör, Graham Electric'in ilk çalıştırma yılı içinde kendi masrafını çıkarabilecek kompakt, kablosuz bir elektrikli tohum derinliği yönetim sistemi uygulamasını sağladı.
Elektronik derinlik kontrolü eylem halinde
Graham derinlik kontrol sistemi, tohumları toprağa bırakan vakumla çalışan bir ekim diski ile eşleştirilmiştir. Tipik bir ekim makinesi, bir derinlik kontrol ünitesi ile tarama başına en az 24 sıraya kadar tohum serper ve bu nedenle her sıra için bir aktüatör gereklidir.
Graham her çiftçinin uygulaması için bir derinlik kontrol ünitesi özelleştirir. Tipik bir konfigürasyonda, ayar çarkları ekim diskinin arkasındaki tohum kanalında hareket eder. Bir yük hücresi sensörü, ayar çarkı derinliğini izler ve okumaları kablosuz olarak kontrol yazılımına gönderir. Bir algoritma, ayar çarklarının çok yüksek veya alçakta olup olmadığını belirler ve aktüatöre buna göre bastırma kuvvetini genişletmesi veya azaltması için sinyal verir. Graham, “H-Track elektro-hidrolik aktüatör çok fazla basınç olduğuna dair bir sinyal alırsa, sadece serbest bırakır, bu da elektronik aksamlarımıza onu sıfırlaması için sinyal gönderir ve olduğu yere geri döner” diye belirtti.
Her çiftçinin gereksinimlerine göre özelleştirilen Graham Electric'in derinlik kontrol sistemi, ekim makinelerinin kontrolünü sürdürmek için büyük ölçüde Thomson H-Track aktüatörüne güvenir.
Her aktüatör, arkasına monte edilmiş bir yardımcı kablosuz devre kartına yalnızca iki kablo ile bağlanır. Aktüatörün derinliği izleyen konumlandırma sensörlerinden veri almasını sağlamanın yanı sıra devre kartı, tohumlama işleminin bütünüyle entegre ederek kontrol panosu ile gerçek zamanlı durum güncellemelerinin paylaşılmasını sağlar.
Graham'ın derinlik kontrol sistemleriyle, ekim makinesi operatörleri, soldaki sarı çubuklarla temsil edilen her bir aktüatörün basınç durumunu izleyebilir ve ayarlayabilir.
Graham, “Aktüatör strokunu 1,24 ile 3,25 inç arasında değiştirerek genellikle ayar noktamızdan artı veya eksi bir inç uzaktayız” diye belirtti. “Çiftçiler teraslara ekim yapıyorsa veya çürük zemine sahiplerse, o zaman sıfır stroka kadar çekebilirler veya gerçekten sert bir zeminse, sonuna kadar itmeleri gerekebilir, ancak çok nadiren aktüatörün tam strok kapasitesini kullanmak zorunda kalacaklardır.”
Aktüatörlerin uygulaması gereken en yüksek basınç, tipik olarak tohumlama ünitesinin 250 pound ağırlığından 50 ila 100 pound daha fazladır. Bu, H-Track'in 4800 pound'luk yük taşıma kapasitesinin oldukça altındadır.
Graham, sistemi eski sistemlerde minimum aksama ile kurar. Halihazırda sistemde bulunan 12 voltluk pili kullanır ve ilave sıvı taşıma sistemleri veya kabloları gerektirmez. Ayrıca kırılabilecek, sızıntı yapabilecek veya ek bakım gerektirebilecek daha az mekanik parça vardır. Elektrik kontrolü hidrolik tesisat ya da diğer pahalı bileşenler olmadan temiz, sorunsuz doğrusal hareket sağlar. Aktüatörler yalnızca hareket halindeyken güç gerektirdiğinden, H-Track'in güç talepleri tam hidrolik sisteminkinden anlamlı derecede daha azdır.
Graham, “Kablosuz iletişim ise, aksi takdirde gerekli olacak kablo demetleri, kablolama ve elektrik tesisatını ortadan kaldırarak basitlik taahhüdümüze bağlı kalmamızı sağlıyor” diye belirtti.
Fayda hasadı
Graham, yaylardan elektrikli tohum derinliği kontrolüne geçişin verimi en az yüzde 5 artıracağını tahmin ediyor. Dönüm başına 200 kile mısır alan bir çiftçinin 5-6 kilelik bir artış beklemesi gerektiğini hesapladı, bu da ilk yılda dönüm başına 18 dolar veya bin dönüm başına 18.000 dolar getirecektir ki bu, dönüştürme maliyetinden çok daha fazlasıdır. Bu fayda, Thomson H-Track aktüatörün kablosuz özelliklerinin kullanılmasından kaynaklanan daha düşük maliyet ve basitliğin yanı sıra daha yüksek yeniden satış değeri ile birlikte her yıl çoğalır.
Graham, “Kendi kendine yeten hidrolik hazneli H-Track, tüm ürünün omurgasını oluşturuyordu” diye ekledi. “Bunu elde ettikten sonra tasarımımızı bitirebildik ve onu şu anda iki yıldır sattığımız ticari ürüne dönüştürdük. Elektro-hidrolik aktüatörün faydaları olmasaydı, tüm ürün belirgin biçimde farklı olurdu.”
Graham ve ekibi şimdi, tümü kablosuz olacak şekilde elektro-hidrolik aktüatörleri içeren bazıları ve geleneksel elektrikli aktüatörleri kullanan diğerleri de dahil olmak üzere başka tohumlama otomasyonu sorunlarını ele alıyor.
Graham'ın derinlik kontrol sistemini Thomson elektro-hidrolik aktüatörlerle (sağda) birleştiren çok sıralı tohum ekme makinelerini (solda) çalıştıran çiftçiler, bir yıldan daha kısa bir sürede iyileştirilmiş verim ve yatırım getirisi elde ediyor.