過去，重載運動控制應(yīng)用設(shè)計師因為看重速度、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)前在電動推桿中融合液壓技術(shù)的先進設(shè)計可以在提供液壓技術(shù)優(yōu)點的同時避免它們的缺點。
優(yōu)化多行播種機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)播種機配備實時、交互式的播種深度控制，同時避免液壓缸的混亂、侵入性或高維護。
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，播種太淺可能會導(dǎo)致生根太靠近地表，而播種太深可能會延遲作物出苗。
當(dāng)今使用的大多數(shù)拖拉機牽引式播種機都配備了機械彈簧，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，但他們想要能比機械彈簧更好地處理土壤變化的裝置。”Graham執(zhí)行合伙人Marty Graham說道。
Graham開始使用能幾乎實時快速調(diào)整的執(zhí)行器來取代機械彈簧。秉承保持簡潔的理念，Graham確定所需的驅(qū)動解決方案應(yīng)至少具有以下特性：
- 承受惡劣天氣的能力
- 耐沖擊負載
- 外部基礎(chǔ)設(shè)施要求盡可能低
- 清潔、低維護運行
- 集成無線技術(shù)
傳統(tǒng)的液壓缸可以滿足前兩個要求，但Graham已將它們排除在外。
“我們希望避免使用液壓缸，因為它們很雜亂，而且到處都是配件、軟管和電線。”Graham說道。他還補充道，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的混亂。
排除液壓缸促使他轉(zhuǎn)向電動執(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)行器可能會彎曲，因此你需要不斷更換執(zhí)行器。”
將液壓系統(tǒng)封裝于電動執(zhí)行器中
隨著對選項的繼續(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。連接的電機可以控制執(zhí)行器內(nèi)流體的流動方向，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，而且不需要外部儲液罐連接流體供應(yīng)管線到每個作物行。
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)暫時浸沒和IP69K高壓沖洗測試。該執(zhí)行器還提供高達180°F (82°C) 的液壓油選項。其在組裝過程中已進行潤滑，出廠后無需調(diào)整或維護，可確保在整個生命周期內(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。”Graham說道，“獨立的液壓腔是關(guān)鍵。雖然其他供應(yīng)商正在努力實現(xiàn)液壓腔中的安全閥功能，但它們遠不如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湊的無線電動播種深度控制系統(tǒng)，并在運行的第一年內(nèi)即可收回成本。
運行中的電子深度控制
Graham深度控制系統(tǒng)與真空驅(qū)動的播種盤配對，該播種盤可將種子埋在土壤中。典型的播種機每次掃描至少會播種24行，并使用一個深度控制單元，因此每行需要一個執(zhí)行器。
Graham為每個農(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，則它將釋放，并向電子設(shè)備發(fā)出信號進行重置，然后再返回原位。”Graham說道。
Graham Electric的深度控制系統(tǒng)根據(jù)每個農(nóng)民的要求量身定制，并嚴重依賴Thomson H-Track電液推桿來保持對播種機的控制。
每個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時狀態(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)，播種機操作員能夠監(jiān)控和調(diào)整每個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。”Graham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。”
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。這遠低于H-Track 4800磅的負載處理能力。
Graham安裝系統(tǒng)時對遺留系統(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的機械部件也更少。電氣控制可提供清潔、平滑的直線運動，無需液壓管道或其他昂貴的組件。由于僅在運動時才需要供電，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，進一步踐行了我們對簡潔的承諾。”Graham說道。
全方位受益
Graham估計，從機械彈簧改為電動播種深度控制將至少提高5%的產(chǎn)量。據(jù)他計算，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，遠遠超過了轉(zhuǎn)換成本。并且，這種好處每年都可獲得，同時通過部署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)售價值。
“帶有獨立液壓腔的H-Track是整個產(chǎn)品的支柱。”Graham補充道，“配備了該執(zhí)行器之后，我們才能夠完成設(shè)計并將其轉(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，整個產(chǎn)品將會大不相同。”
目前，Graham及其團隊正在解決其他播種自動化問題，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（左）的農(nóng)民在不到一年的時間內(nèi)就實現(xiàn)了更高的產(chǎn)量和投資回報。
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