電液推桿通過無線控制幫助農民優化播種深度

過去，重載運動控制應用設計師因為看重速度、重載處理能力和高彈性而選擇液壓缸，但與之相伴的是，不得不接受相應的支持性基礎設施、混亂流體處理和數字能力有限等弊端。然而，當前在電動推桿中融合液壓技術的先進設計可以在提供液壓技術優點的同時避免它們的缺點。

優化多行播種機的播種深度控制就是利用這種技術轉換的典型應用。Graham Electric Planter是一家位于科羅拉多州的農業技術創新企業，他們使用Thomson的電液推桿開發了一種全新的解決方案，可以為傳統播種機配備實時、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民通常知道將種子播種到多深才能獲得最大產量，但在田間、行間甚至行內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。例如，播種太淺可能會導致生根太靠近地表，而播種太深可能會延遲作物出苗。

當今使用的大多數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，但它們無法適應不斷變化的土壤條件。

“雖然我們遇到的很多農民還沒有準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執行合伙人Marty Graham說道。

Graham開始使用能幾乎實時快速調整的執行器來取代機械彈簧。秉承保持簡潔的理念，Graham確定所需的驅動解決方案應至少具有以下特性：

• 承受惡劣天氣的能力
• 耐沖擊負載
• 外部基礎設施要求盡可能低
• 清潔、低維護運行
• 集成無線技術

傳統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，超載的液壓系統需要添加液壓缸支撐系統才能處理其他功能。并且，它們還需要復雜的流體輸送基礎設施，從而可能泄漏并造成危險的混亂。

排除液壓缸促使他轉向電動執行器，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，執行器需要能夠相應調整，”Graham說道，“基于滾珠絲杠的普通執行器可能會彎曲，因此你需要不斷更換執行器。”

將液壓系統封裝于電動執行器中

隨著對選項的繼續深入研究，Graham發現Thomson提供了一種帶嵌入式液壓油腔的電動執行器。該執行器不僅能提供其應用所需的耐用性和通信能力，還無需復雜、高維護的外部基礎設施。

Thomson H-Track電液推桿在同類產品中外殼最小，且使用了專利閥門和油箱設計。連接的電機可以控制執行器內流體的流動方向，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管線到每個作物行。

H-Track電液推桿的外殼完全密封且防風雨、防塵、耐腐蝕，并經過IP67靜態暫時浸沒和IP69K高壓沖洗測試。該執行器還提供高達180°F (82°C) 的液壓油選項。其在組裝過程中已進行潤滑，出廠后無需調整或維護，可確保在整個生命周期內保持一致的性能。

“我們找不到任何其他產品能夠媲美H-Track。”Graham說道，“獨立的液壓腔是關鍵。雖然其他供應商正在努力實現液壓腔中的安全閥功能，但它們遠不如Thomson現在為我們提供的產品。”

Thomson H-Track電液推桿使Graham Electric能夠實施緊湊的無線電動播種深度控制系統，并在運行的第一年內即可收回成本。

運行中的電子深度控制

Graham深度控制系統與真空驅動的播種盤配對，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行器。

Graham為每個農民的應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。測力傳感器可監測測量輪深度并將讀數無線發送到控制軟件。利用算法可以確定測量輪是過高還是過低，并向執行器發出信號以相應增大或減小下壓力。“如果H-Track電液推桿收到壓力過大的信號，則它將釋放，并向電子設備發出信號進行重置，然后再返回原位。”Graham說道。

Graham Electric的深度控制系統根據每個農民的要求量身定制，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測深度的定位傳感器的數據外，電路板還能夠與控制儀表板共享實時狀態更新，并將其與播種操作的全景圖相結合。

通過Graham的深度控制系統，播種機操作員能夠監控和調整每個電液推桿的壓力狀態（這些狀態由左側的黃色條表示）。

“我們通常會偏離設定值±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安裝系統時對遺留系統的干擾非常小。它使用系統上已有的12伏電池，無需額外的流體處理系統或電線。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。

“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%的產量。據他計算，每英畝可收獲200蒲式耳玉米的農民有望增產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，并提高轉售價值。

“帶有獨立液壓腔的H-Track是整個產品的支柱。”Graham補充道，“配備了該執行器之后，我們才能夠完成設計并將其轉變為我們已經銷售了兩年的商業產品。如果沒有電液推桿的優勢，整個產品將會大不相同。”

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，以及使用傳統電動執行器的其他問題。所有這些執行器都是無線的。

使用配備Graham深度控制系統和Thomson電液推桿（右）的多行播種機（左）的農民在不到一年的時間內就實現了更高的產量和投資回報。