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过去,重载运动控制应用设计师因为看重速度、重载处理能力和高弹性而选择液压缸,但与之相伴的是,不得不接受相应的支持性基础设施、混乱流体处理和数字能力有限等弊端。然而,当前在电动推杆中融合液压技术的先进设计可以在提供液压技术优点的同时避免它们的缺点。

优化多行播种机的播种深度控制就是利用这种技术转换的典型应用。Graham Electric Planter是一家位于科罗拉多州的农业技术创新企业,他们使用Thomson的电液推杆开发了一种全新的解决方案,可以为传统播种机配备实时、交互式的播种深度控制,同时避免液压缸的混乱、侵入性或高维护。

保持简洁

种植玉米、大豆和其他行栽作物的农民通常知道将种子播种到多深才能获得最大产量,但在田间、行间甚至行内每天都在变化的土壤条件中,始终保持最佳深度是一大挑战。例如,播种太浅可能会导致生根太靠近地表,而播种太深可能会延迟作物出苗。

当今使用的大多数拖拉机牵引式播种机都配备了机械弹簧,可以在播种器上施加下压力,以保持犁沟处于正确的深度,但它们无法适应不断变化的土壤条件。

“虽然我们遇到的很多农民还没有准备好购买新的播种机,但他们想要能比机械弹簧更好地处理土壤变化的装置。”Graham执行合伙人Marty Graham说道。

Graham开始使用能几乎实时快速调整的执行器来取代机械弹簧。秉承保持简洁的理念,Graham确定所需的驱动解决方案应至少具有以下特性:

  • 承受恶劣天气的能力
  • 耐冲击负载
  • 外部基础设施要求尽可能低
  • 清洁、低维护运行
  • 集成无线技术

传统的液压缸可以满足前两个要求,但Graham已将它们排除在外。

“我们希望避免使用液压缸,因为它们很杂乱,而且到处都是配件、软管和电线。”Graham说道。他还补充道,超载的液压系统需要添加液压缸支撑系统才能处理其他功能。并且,它们还需要复杂的流体输送基础设施,从而可能泄漏并造成危险的混乱。

排除液压缸促使他转向电动执行器,但是它们无法提供他需要的弹性。

“如果你穿越田野并撞到一堆泥土或岩石,执行器需要能够相应调整,”Graham说道,“基于滚珠丝杠的普通执行器可能会弯曲,因此你需要不断更换执行器。”

将液压系统封装于电动执行器中

随着对选项的继续深入研究,Graham发现Thomson提供了一种带嵌入式液压油腔的电动执行器。该执行器不仅能提供其应用所需的耐用性和通信能力,还无需复杂、高维护的外部基础设施。

Thomson H-Track电液推杆在同类产品中外壳最小,且使用了专门的阀门和油箱设计。连接的电机可以控制执行器内流体的流动方向,并通过蝶阀连接的分流罐提供背压释放,从而使系统具有弹性。

H-Track电液推杆本身的占用空间要小于液压缸,而且不需要外部储液罐连接流体供应管线到每个作物行。

H-Track电液推杆的外壳完全密封且防风雨、防尘、耐腐蚀,并经过IP67静态暂时浸没和IP69K高压冲洗测试。该执行器还提供高达180°F (82°C) 的液压油选项。其在组装过程中已进行润滑,出厂后无需调整或维护,可确保在整个生命周期内保持一致的性能。

“我们找不到任何其他产品能够媲美H-Track。”Graham说道,“独立的液压腔是关键。虽然其他供应商正在努力实现液压腔中的安全阀功能,但它们远不如Thomson现在为我们提供的产品。”

 

Thomson H-Track电液推杆使Graham Electric能够实施紧凑的无线电动播种深度控制系统,并在运行的第一年内即可收回成本。

运行中的电子深度控制

Graham深度控制系统与真空驱动的播种盘配对,该播种盘可将种子埋在土壤中。典型的播种机每次扫描至少会播种24行,并使用一个深度控制单元,因此每行需要一个执行器。

Graham为每个农民的应用量身定制了深度控制单元。在典型配置中,测量轮位于播种盘后面的播种沟中。测力传感器可监测测量轮深度并将读数无线发送到控制软件。利用算法可以确定测量轮是过高还是过低,并向执行器发出信号以相应增大或减小下压力。“如果H-Track电液推杆收到压力过大的信号,则它将释放,并向电子设备发出信号进行重置,然后再返回原位。”Graham说道。

 

Graham Electric的深度控制系统根据每个农民的要求量身定制,并严重依赖Thomson H-Track电液推杆来保持对播种机的控制。

每个电液推杆只有两根电线连接到安装在其后面的配套无线电路板。除了使推杆能够接收监测深度的定位传感器的数据外,电路板还能够与控制仪表板共享实时状态更新,并将其与播种操作的全景图相结合。

 

通过Graham的深度控制系统,播种机操作员能够监控和调整每个电液推杆的压力状态(这些状态由左侧的黄色条表示)。

“我们通常会偏离设定值±1英寸,使电液推杆行程在1.24到3.25英寸之间变化。”Graham说道,“如果农民在梯田上种植或土壤非常松散,那么他们可能会将其拉至零冲程,或者如果地面很硬,则他们可能不得不将其推到底,但很少需要使用电液推杆的完整行程。”

执行器需要施加的最大压力通常比播种单元本身的250磅重量高50到100磅。这远低于H-Track 4800磅的负载处理能力。

Graham安装系统时对遗留系统的干扰非常小。它使用系统上已有的12伏电池,无需额外的流体处理系统或电线。此外,可能损坏、泄漏或需要额外维护的机械部件也更少。电气控制可提供清洁、平滑的直线运动,无需液压管道或其他昂贵的组件。由于仅在运动时才需要供电,H-Track的功率需求明显低于全液压系统。

“无线通信消除了原本需要的线束、电缆和接线,进一步践行了我们对简洁的承诺。”Graham说道。

全方位受益

Graham估计,从机械弹簧改为电动播种深度控制将至少提高5%的产量。据他计算,每英亩可收获200蒲式耳玉米的农民有望增产5-6蒲式耳,这将在第一年带来每英亩18美元或每千英亩18,000美元的收入,远远超过了转换成本。并且,这种好处每年都可获得,同时通过部署Thomson H-Track电液推杆的无线功能还可以降低成本和简化操作,并提高转售价值。

“带有独立液压腔的H-Track是整个产品的支柱。”Graham补充道,“配备了该执行器之后,我们才能够完成设计并将其转变为我们已经销售了两年的商业产品。如果没有电液推杆的优势,整个产品将会大不相同。”

目前,Graham及其团队正在解决其他播种自动化问题,包括一些涉及电液推杆的问题,以及使用传统电动执行器的其他问题。所有这些执行器都是无线的。

 

使用配备Graham深度控制系统和Thomson电液推杆(右)的多行播种机(左)的农民在不到一年的时间内就实现了更高的产量和投资回报。

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