આધુનિક કૃષિ ટ્રેક્ટરમાં એટલી બધી અત્યાધુનિક ટેકનોલોજી હોય છે, તેઓ નવીનતમ અવકાશયાનને પણ ટક્કર આપે છે. પરંતુ પાછળનો છેડો હજી પણ જૂની શાળા છે, જે મોટાભાગે અશ્મિભૂત ઇંધણ પર આધાર રાખે છે. તેથી ટ્રેક્ટર કાર્યક્ષમતામાં કોઈપણ ઑપ્ટિમાઇઝેશન એ પર્યાવરણ માટે એક મોટી જીત છે.
આને ધ્યાનમાં રાખીને, પરડ્યુ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ ટ્રેક્ટર્સ અને ઓજારોને જોડતી હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે $3.2 મિલિયન ડિપાર્ટમેન્ટ ઑફ એનર્જી પ્રોજેક્ટ હાથ ધર્યો છે.
"પ્રવાહી શક્તિ સર્વત્ર છે," કહ્યું એન્ડ્રીયા વાકા, પરડ્યુના મહા ફ્લુઇડ પાવર ફેકલ્ટી ચેર, પ્રોફેસર મેકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ અને કૃષિ અને જૈવિક ઇજનેરી, અને ડિરેક્ટર મહા ફ્લુઇડ પાવર રિસર્ચ સેન્ટર, દેશની સૌથી મોટી શૈક્ષણિક હાઇડ્રોલિક્સ લેબ. “તેનો ઉપયોગ એરોપ્લેનમાં, કારમાં અને તમામ પ્રકારના ભારે સાધનોમાં થાય છે. ટ્રેક્ટર એ વાહનનું ઉદાહરણ છે જે સ્ટીયરિંગ અને પ્રોપલ્શનથી લઈને તેની પાછળ ખેંચાતા સાધનોને પાવર આપવા માટે પ્રવાહી શક્તિનો ઉપયોગ કરે છે."
પરંતુ ઓજારોને પાવર આપવો એ એક સમસ્યા સાબિત થઈ છે. ટ્રેક્ટરની હાઇડ્રોલિક કંટ્રોલ સિસ્ટમ જ્યારે પ્લાન્ટર્સ, સીડર્સ અને બેલર જેવા ચોક્કસ ઓજારોની હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ સાથે જોડાયેલ હોય ત્યારે માત્ર 20% કાર્યક્ષમતા દર્શાવે છે.
"નિયંત્રણોમાં સંઘર્ષ છે, જ્યાં બે સિસ્ટમો લગભગ એકબીજા સાથે લડી રહી છે," પેટ્રિક સ્ટમ્પ, પીએચ.ડી. મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગનો વિદ્યાર્થી. "પરિણામે, જ્યારે તે પ્લાન્ટર સાથે જોડાયેલ હોય છે, ત્યારે ટ્રેક્ટરને હંમેશા અત્યંત ઊંચી શક્તિથી ચાલવું પડે છે, જે બળતણનો બગાડ કરે છે અને ઉત્સર્જનમાં વધારો કરે છે."
આ અભ્યાસમાં, યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું છે ઉર્જા કાર્યક્ષમતા અને નવીનીકરણીય ઉર્જાની કચેરી, Vacca ની ટીમે તેનું ધ્યાન ટ્રેક્ટર અને પ્લાન્ટરના ચોક્કસ કોમ્બો પર કેન્દ્રિત કર્યું, બંને દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવ્યું હતું કેસ ન્યૂ હોલેન્ડ ઇન્ડસ્ટ્રીયલદ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલ હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ્સ સાથે બોશ રેક્સરોથ. વિડિઓ જુઓ.
પ્લાન્ટર 40 ફૂટ પહોળું છે, જેમાં 16 રોપણી પંક્તિઓ છે.
"દરેક હરોળમાં બીજ રોપવા માટે એકસાથે કામ કરતા બહુવિધ મશીનો હોય છે," Xiaofan Guo, Ph.D. મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગનો વિદ્યાર્થી. “હાલની વનસ્પતિને દૂર કરવા માટે આગળ એક સફાઈ ચક્ર છે. કટીંગ ડિસ્ક જમીનમાં એક નાનો ખાડો કાપી નાખે છે, એક મોટર વાસ્તવમાં બીજને જમીનમાં લઈ જાય છે, સ્પ્રેયર છિદ્રમાં પાણી અને ખાતર નાખે છે અને પછી અંતિમ ડિસ્ક છિદ્રને આવરી લે છે. આમાંની 16 રોપણી પંક્તિઓ છે, જેને સફળતાપૂર્વક બીજ રોપવા માટે ચોક્કસ માત્રામાં દબાણની જરૂર પડે છે. અને તે બધા એક જ હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ દ્વારા સંચાલિત છે.”
ટ્રેક્ટર-પ્લાન્ટર કોમ્બોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની સમસ્યાનો સામનો કરવા માટે, Vaccaની ટીમે ત્રણ તબક્કાનો અભિગમ પસંદ કર્યો. પ્રથમ, સંશોધકોને હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમની લાક્ષણિકતા અને કમ્પ્યુટરમાં સિમ્યુલેશન મોડલ બનાવવાની જરૂર હતી.
"આ ટ્રેક્ટર મોંઘા અને જટિલ મશીનો છે," ઝિન ટિયાને કહ્યું, પીએચ.ડી. ચાર વર્ષના ગાળામાં મોડલ વિકસાવનાર વિદ્યાર્થી. “તેથી અમે વ્યક્તિગત ઘટકોનું મોડેલિંગ કરીને અને અહીં લેબમાં સ્થિર સ્થિતિમાં તેનું પરીક્ષણ કરીને શરૂઆત કરી. જ્યારે તે સચોટ હોય, ત્યારે અમે ઘટકોના મોડલને સિસ્ટમમાં જોડીએ છીએ - અને સિસ્ટમનું પરીક્ષણ કરીએ છીએ - જેથી અમે ચકાસી શકીએ કે આખું મોડલ માન્ય છે. મોડેલ એટલું મોટું અને જટિલ છે, મારી ટીમ તેને 'ધ મોન્સ્ટર' કહે છે!”
એકવાર તેઓએ તેમના મોડેલને માન્ય કરી લીધા પછી, સંશોધકો બીજા તબક્કામાં ગયા: તેઓ પરીક્ષણ કરી શકે તેવા ઉકેલો વિકસાવવા.
"વિવિધ વાવેતરની પરિસ્થિતિઓમાં વિવિધ દબાણ અને પ્રવાહ દરની જરૂર પડે છે," ટિયાને કહ્યું. "જો મોડલ શક્તિ અને કાર્યક્ષમતામાં આશાસ્પદ સુધારાઓ દર્શાવે છે, તો અમે વાસ્તવિક દુનિયાની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ આ ફેરફારોને અમલમાં મૂકવાનું શરૂ કરી શકીએ છીએ."
ત્રીજા તબક્કા માટે - વાસ્તવિક દુનિયાના પરીક્ષણો - ટીમે ટ્રેક્ટર-પ્લાન્ટર કોમ્બોને અસંખ્ય સેન્સર સાથે સજ્જ કર્યું.
"આપણે જાણવાની જરૂર છે કે ટ્રેક્ટર કેટલી શક્તિનો વપરાશ કરે છે, હાઇડ્રોલિક પંપ શું કરી રહ્યા છે અને સમગ્ર પ્લાન્ટરમાં દબાણ અને પ્રવાહ દર શું છે," જેક લેન્ગાચર, પ્રથમ વર્ષના પીએચ.ડી. વિદ્યાર્થી "તે તમામ વાયરિંગ અમે કેબમાં ઇન્સ્ટોલ કરેલા નવા ડેટા એક્વિઝિશન બોક્સ તરફ દોરી જાય છે, તેથી અમારી પાસે વાવેતર ચક્ર દરમિયાન શું થઈ રહ્યું છે તેની સંપૂર્ણ ચિત્ર છે."
ટીમ માટે આભાર, પરડ્યુ પાસે વિશાળ ટ્રેક્ટર ફરવા માટે પુષ્કળ સ્થળો છે. આ કોલેજ ઓફ એગ્રીકલ્ચર ખાતે વાક્કાની ટીમને ક્વાર્ટર-માઈલની જમીન ફાળવી એનિમલ સાયન્સ રિસર્ચ એન્ડ એજ્યુકેશન સેન્ટર પશ્ચિમ લાફાયેટમાં.
"અમે પરડ્યુમાં ખૂબ નસીબદાર છીએ," વાકાએ કહ્યું. “અમારી પાસે મહા ખાતે ઘણી લેબ સ્પેસ છે જ્યાં અમે આ મોટા મશીનોને નિયંત્રિત સ્થિતિમાં ચકાસી શકીએ છીએ; અને એગ્રીકલ્ચર પાસે ઘણા બધા ફાર્મ પ્લોટ્સ છે જ્યાં અમે ક્ષેત્ર સંશોધન કરી શકીએ છીએ."
અને ટીમના કોઈપણ સભ્યોએ ક્યારેય મેદાનમાં આટલું મોટું ટ્રેક્ટર ચલાવ્યું ન હોવાથી, કેસ ન્યુ હોલેન્ડે તેમને કેવી રીતે વાહન ચલાવવું તે શીખવવા માટે તાલીમ આપી.
"25,000 હોર્સપાવર સાથેના 435-પાઉન્ડના ટ્રેક્ટરની સંપૂર્ણ શક્તિ, 10,000-પાઉન્ડ પ્લાન્ટરને ખેંચીને - તે અદ્ભુત છે," સ્ટમ્પે કહ્યું. “પરંતુ કેબમાં પણ ઘણું બધું ચાલે છે, ખાસ કરીને પ્લાન્ટરને ચલાવવા માટે. તે ચોક્કસપણે બે માણસોની નોકરી છે, તેથી સામાન્ય રીતે જેક પણ લેપટોપ પરના ડેટાનું નિરીક્ષણ કરતી કેબમાં હોય છે."
ટીમે 2021 ની વસંતઋતુમાં ઘણા રન કર્યા હતા, જ્યાં તેઓએ અલગ-અલગ પૂર્વ-નિર્ધારિત એન્જિન ગતિ અને વાવેતરના દરે મકાઈના બીજનું વાવેતર કર્યું હતું. ડેટાનો અભ્યાસ કરીને, તેઓએ જોયું કે તેમની નવી હાઇડ્રોલિક કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ એકંદરે 25% કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
"સામાન્ય ટ્રેક્ટર જે ઇંધણ વાપરે છે તે જોતાં, તે એક મોટો સુધારો છે," વાકાએ કહ્યું. “અને આ તો માત્ર શરૂઆત છે. અમારો પ્રોજેક્ટ ધ્યેય એકંદર હાઇડ્રોલિક કંટ્રોલ સિસ્ટમની કાર્યક્ષમતા બમણી કરવાનો છે. ભવિષ્યમાં, અમે કંટ્રોલ લોજિક માટે દબાણ નિયંત્રણ અભિગમ શરૂ કરવાની યોજના બનાવીએ છીએ, જેનો કૃષિ વાહનોમાં ક્યારેય પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો નથી.
"જ્યારે મેં ડેટા જોયો જેણે સાબિત કર્યું કે અમારું સોલ્યુશન કામ કરે છે, ત્યારે હું ખૂબ ખુશ હતો," ગુઓએ કહ્યું. “હું એક શહેરમાં ઉછર્યો છું, તેથી આ રીતે ખેતરમાં જવું એ મારા માટે ખૂબ જ રોમાંચક અનુભવ છે. મારી વિશેષતા એ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ છે, તેથી પ્રયોગશાળામાં અમારા સિદ્ધાંતોને વાસ્તવિક દુનિયામાં પરીક્ષણ માટે મૂકવામાં આવે તે જોવું ખૂબ જ રસપ્રદ હતું. પ્રવાહી શક્તિ એ એક સુસ્થાપિત ક્ષેત્ર છે, પરંતુ વસ્તુઓને વધુ સારી બનાવવા માટે નવી સિસ્ટમો અને નવા આર્કિટેક્ચર્સનો પ્રસ્તાવ મૂકવાની હજુ પણ ઘણી સંભાવના છે."
સ્ટમ્પે કહ્યું, “મેં ક્યારેય કલ્પના નહોતી કરી કે હું મારા પીએચ.ડી. માટે ખેતરના ખેતરમાંથી ટ્રેક્ટર ચલાવીશ. મારી એરોસ્પેસમાં જવાની યોજના હતી. પરંતુ આ ટ્રેક્ટરો પરનું હાઇડ્રોલિક્સ એરોપ્લેન અથવા રોકેટ જેટલું જટિલ છે. પ્રવાહી શક્તિમાં ઊંડાણપૂર્વક ડાઇવિંગ એ એન્જિનિયરિંગમાં મારા ભવિષ્ય માટે ખૂબ જ લાગુ પડે છે."
ટિયાને કહ્યું, “અહીં પરડ્યુ ખાતેના મારા સમયની ખાસ વાત છે. મેં આ મોડલ્સમાં ઘણો સમય લગાવ્યો અને પરિણામોમાં સુધારો જોવો એ ખરેખર મારા માટે ખુશીની ક્ષણ હતી.”
વાકાએ કહ્યું, "અમારા વિદ્યાર્થીઓની મહેનત જોવી - અને પ્રયોગશાળામાંથી ફિલ્ડ સુધીના વિચારની સાક્ષી આપવી - તે ખરેખર અમારા કામનો શ્રેષ્ઠ ભાગ છે."
- જેરેડ પાઈક, પરડ્યુ યુનિવર્સિટી