過去，重載運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用設(shè)計(jì)師因?yàn)榭粗厮俣?、重載處理能力和高彈性而選擇液壓缸，但與之相伴的是，不得不接受相應(yīng)的支持性基礎(chǔ)設(shè)施、混亂流體處理和數(shù)字能力有限等弊端。然而，當(dāng)前在電動(dòng)推桿中融合液壓技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計(jì)可以在提供液壓技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)避免它們的缺點(diǎn)。
優(yōu)化多行播種機(jī)的播種深度控制就是利用這種技術(shù)轉(zhuǎn)換的典型應(yīng)用。Graham Electric Planter是一家位于科羅拉多州的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)，他們使用Thomson的電液推桿開發(fā)了一種全新的解決方案，可以為傳統(tǒng)播種機(jī)配備實(shí)時(shí)、交互式的播種深度控制，同時(shí)避免液壓缸的混亂、侵入性或高維護(hù)。
保持簡潔
種植玉米、大豆和其他行栽作物的農(nóng)民通常知道將種子播種到多深才能獲得最大產(chǎn)量，但在田間、行間甚至行內(nèi)每天都在變化的土壤條件中，始終保持最佳深度是一大挑戰(zhàn)。例如，播種太淺可能會(huì)導(dǎo)致生根太靠近地表，而播種太深可能會(huì)延遲作物出苗。
當(dāng)今使用的大多數(shù)拖拉機(jī)牽引式播種機(jī)都配備了機(jī)械彈簧，可以在播種器上施加下壓力，以保持犁溝處于正確的深度，但它們無法適應(yīng)不斷變化的土壤條件。
“雖然我們遇到的很多農(nóng)民還沒有準(zhǔn)備好購買新的播種機(jī)，但他們想要能比機(jī)械彈簧更好地處理土壤變化的裝置?！盙raham執(zhí)行合伙人Marty Graham說道。
Graham開始使用能幾乎實(shí)時(shí)快速調(diào)整的執(zhí)行器來取代機(jī)械彈簧。秉承保持簡潔的理念，Graham確定所需的驅(qū)動(dòng)解決方案應(yīng)至少具有以下特性：
- 承受惡劣天氣的能力
- 耐沖擊負(fù)載
- 外部基礎(chǔ)設(shè)施要求盡可能低
- 清潔、低維護(hù)運(yùn)行
- 集成無線技術(shù)
傳統(tǒng)的液壓缸可以滿足前兩個(gè)要求，但Graham已將它們排除在外。
“我們希望避免使用液壓缸，因?yàn)樗鼈兒茈s亂，而且到處都是配件、軟管和電線?！盙raham說道。他還補(bǔ)充道，超載的液壓系統(tǒng)需要添加液壓缸支撐系統(tǒng)才能處理其他功能。并且，它們還需要復(fù)雜的流體輸送基礎(chǔ)設(shè)施，從而可能泄漏并造成危險(xiǎn)的混亂。
排除液壓缸促使他轉(zhuǎn)向電動(dòng)執(zhí)行器，但是它們無法提供他需要的彈性。
“如果你穿越田野并撞到一堆泥土或巖石，執(zhí)行器需要能夠相應(yīng)調(diào)整，”Graham說道，“基于滾珠絲杠的普通執(zhí)行器可能會(huì)彎曲，因此你需要不斷更換執(zhí)行器?！?/p>
將液壓系統(tǒng)封裝于電動(dòng)執(zhí)行器中
隨著對(duì)選項(xiàng)的繼續(xù)深入研究，Graham發(fā)現(xiàn)Thomson提供了一種帶嵌入式液壓油腔的電動(dòng)執(zhí)行器。該執(zhí)行器不僅能提供其應(yīng)用所需的耐用性和通信能力，還無需復(fù)雜、高維護(hù)的外部基礎(chǔ)設(shè)施。
Thomson H-Track電液推桿在同類產(chǎn)品中外殼最小，且使用了專利閥門和油箱設(shè)計(jì)。連接的電機(jī)可以控制執(zhí)行器內(nèi)流體的流動(dòng)方向，并通過蝶閥連接的分流罐提供背壓釋放，從而使系統(tǒng)具有彈性。
H-Track電液推桿本身的占用空間要小于液壓缸，而且不需要外部儲(chǔ)液罐連接流體供應(yīng)管線到每個(gè)作物行。
H-Track電液推桿的外殼完全密封且防風(fēng)雨、防塵、耐腐蝕，并經(jīng)過IP67靜態(tài)暫時(shí)浸沒和IP69K高壓沖洗測試。該執(zhí)行器還提供高達(dá)180°F (82°C) 的液壓油選項(xiàng)。其在組裝過程中已進(jìn)行潤滑，出廠后無需調(diào)整或維護(hù)，可確保在整個(gè)生命周期內(nèi)保持一致的性能。
“我們找不到任何其他產(chǎn)品能夠媲美H-Track?！盙raham說道，“獨(dú)立的液壓腔是關(guān)鍵。雖然其他供應(yīng)商正在努力實(shí)現(xiàn)液壓腔中的安全閥功能，但它們遠(yuǎn)不如Thomson現(xiàn)在為我們提供的產(chǎn)品。”
Thomson H-Track電液推桿使Graham Electric能夠?qū)嵤┚o湊的無線電動(dòng)播種深度控制系統(tǒng)，并在運(yùn)行的第一年內(nèi)即可收回成本。
運(yùn)行中的電子深度控制
Graham深度控制系統(tǒng)與真空驅(qū)動(dòng)的播種盤配對(duì)，該播種盤可將種子埋在土壤中。典型的播種機(jī)每次掃描至少會(huì)播種24行，并使用一個(gè)深度控制單元，因此每行需要一個(gè)執(zhí)行器。
Graham為每個(gè)農(nóng)民的應(yīng)用量身定制了深度控制單元。在典型配置中，測量輪位于播種盤后面的播種溝中。測力傳感器可監(jiān)測測量輪深度并將讀數(shù)無線發(fā)送到控制軟件。利用算法可以確定測量輪是過高還是過低，并向執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)以相應(yīng)增大或減小下壓力。“如果H-Track電液推桿收到壓力過大的信號(hào)，則它將釋放，并向電子設(shè)備發(fā)出信號(hào)進(jìn)行重置，然后再返回原位?！盙raham說道。
Graham Electric的深度控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)農(nóng)民的要求量身定制，并嚴(yán)重依賴Thomson H-Track電液推桿來保持對(duì)播種機(jī)的控制。
每個(gè)電液推桿只有兩根電線連接到安裝在其后面的配套無線電路板。除了使推桿能夠接收監(jiān)測深度的定位傳感器的數(shù)據(jù)外，電路板還能夠與控制儀表板共享實(shí)時(shí)狀態(tài)更新，并將其與播種操作的全景圖相結(jié)合。
通過Graham的深度控制系統(tǒng)，播種機(jī)操作員能夠監(jiān)控和調(diào)整每個(gè)電液推桿的壓力狀態(tài)（這些狀態(tài)由左側(cè)的黃色條表示）。
“我們通常會(huì)偏離設(shè)定值±1英寸，使電液推桿行程在1.24到3.25英寸之間變化?！盙raham說道，“如果農(nóng)民在梯田上種植或土壤非常松散，那么他們可能會(huì)將其拉至零沖程，或者如果地面很硬，則他們可能不得不將其推到底，但很少需要使用電液推桿的完整行程?！?/p>
執(zhí)行器需要施加的最大壓力通常比播種單元本身的250磅重量高50到100磅。這遠(yuǎn)低于H-Track 4800磅的負(fù)載處理能力。
Graham安裝系統(tǒng)時(shí)對(duì)遺留系統(tǒng)的干擾非常小。它使用系統(tǒng)上已有的12伏電池，無需額外的流體處理系統(tǒng)或電線。此外，可能損壞、泄漏或需要額外維護(hù)的機(jī)械部件也更少。電氣控制可提供清潔、平滑的直線運(yùn)動(dòng)，無需液壓管道或其他昂貴的組件。由于僅在運(yùn)動(dòng)時(shí)才需要供電，H-Track的功率需求明顯低于全液壓系統(tǒng)。
“無線通信消除了原本需要的線束、電纜和接線，進(jìn)一步踐行了我們對(duì)簡潔的承諾。”Graham說道。
全方位受益
Graham估計(jì)，從機(jī)械彈簧改為電動(dòng)播種深度控制將至少提高5%的產(chǎn)量。據(jù)他計(jì)算，每英畝可收獲200蒲式耳玉米的農(nóng)民有望增產(chǎn)5-6蒲式耳，這將在第一年帶來每英畝18美元或每千英畝18,000美元的收入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了轉(zhuǎn)換成本。并且，這種好處每年都可獲得，同時(shí)通過部署Thomson H-Track電液推桿的無線功能還可以降低成本和簡化操作，并提高轉(zhuǎn)售價(jià)值。
“帶有獨(dú)立液壓腔的H-Track是整個(gè)產(chǎn)品的支柱。”Graham補(bǔ)充道，“配備了該執(zhí)行器之后，我們才能夠完成設(shè)計(jì)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀円呀?jīng)銷售了兩年的商業(yè)產(chǎn)品。如果沒有電液推桿的優(yōu)勢，整個(gè)產(chǎn)品將會(huì)大不相同?！?/p>
目前，Graham及其團(tuán)隊(duì)正在解決其他播種自動(dòng)化問題，包括一些涉及電液推桿的問題，以及使用傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器的其他問題。所有這些執(zhí)行器都是無線的。
使用配備Graham深度控制系統(tǒng)和Thomson電液推桿（右）的多行播種機(jī)（左）的農(nóng)民在不到一年的時(shí)間內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了更高的產(chǎn)量和投資回報(bào)。
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