مروری بر پیشرفت تحقیقات ترنچر

ترانچرها به عنوان تجهیزات ضروری در کشاورزی و مهندسی مدرن، عمدتاً برای زهکشی زمین های کشاورزی، حفاری خندق آبیاری و عملیات خاکی قبل از اجرای خط لوله مورد استفاده قرار می گیرند. با افزایش تقاضا برای کشاورزی دقیق و ساخت و ساز کارآمد، محدودیت های تجهیزات سنتی ترانشه برداری از نظر کارایی و هوشمندی، به طور فزاینده ای تبدیل شده است. سنگربرداری تجهیزات به خط مقدم صنعت. در سال‌های اخیر، محققان و شرکت‌های داخلی و بین‌المللی تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه طراحی سازه ترانچر، بهینه‌سازی سیستم قدرت، کنترل هوشمند و بهبود عملکرد محیطی انجام داده‌اند و به پیشرفت‌های قابل توجهی دست یافته‌اند. این مقاله به طور سیستماتیک پیشرفت تحقیقاتی سنگرها را از سه منظر بررسی می‌کند: پیشرفت‌های کلیدی فن‌آوری، نوآوری‌های مدل معمولی، و روند توسعه آینده.

پیشرفت تحقیقات فناوری کلیدی

طراحی سازه و بهینه سازی مکانیزم عملیاتی
ترانچرهای اولیه عمدتاً از کولرهای ثابت یا برش های چرخشی ساده استفاده می کردند که به ضربه مکانیکی برای شکستن خاک تکیه می کردند. این منجر به مصرف انرژی بالا و دقت پایین ترانشه می شود. در سال‌های اخیر، محققان بر تجزیه و تحلیل پارامترهای هندسی و ویژگی‌های دینامیکی اجزای شکست{2} خاک متمرکز شده‌اند. آنها با استفاده از شبیه‌سازی اجزای محدود (مانند ANSYS) و روش المان گسسته (DEM) برای مدل‌سازی تعاملات ابزار برش خاک، شکل سطح منحنی، زاویه نفوذ و مواد لبه برش را بهینه کرده‌اند. به عنوان مثال، تیمی از دانشگاه کشاورزی چین یک ساختار کولتر "برش لایه ای منحنی" را برای کار در خاک های رسی سنگین طراحی کردند. از طریق اثر هم افزایی لبه برش اولیه و تیغه خراش دهنده ثانویه، این کار مقاومت در برابر شکستن خاک را تقریباً 23% کاهش می دهد و همچنین گرفتگی ناشی از چسبندگی خاک را به حداقل می رساند. علاوه بر این، مفاهیم طراحی مدولار به طور گسترده ای پذیرفته شده است، و به کاربران اجازه می دهد تا به سرعت اندازه های مختلف اجزای برش را بر اساس نیازهای عملیاتی (مانند عمق و عرض ترانشه) تعویض کنند، که به طور قابل توجهی تطبیق پذیری تجهیزات را بهبود می بخشد.

ارتقاء نیرو و پیشرانه
سنگرهای سنتی اغلب به کشش تراکتور یا راندن مستقیم از یک موتور دیزلی تک سیلندر تکیه می کنند که منجر به تطابق ضعیف قدرت و راندمان سوخت پایین می شود. تحقیقات کنونی بر فناوری‌های تنظیم بار{2}}تطبیقی ​​تمرکز دارد. سیستم های هیبرید هیدرولیک به طور فزاینده ای محبوب می شوند و از انباشته ها برای بازیابی انرژی ترمز استفاده می کنند، نیروی کمکی را در طول تغییرات بار ناگهانی ارائه می دهند و مصرف انرژی موتور را کاهش می دهند. علاوه بر این، یک روند واضح به سمت برق وجود دارد. برخی از ترانچرهای الکتریکی کوچک از بسته‌های باتری لیتیوم-و موتورهای بدون جاروبک، همراه با کنترل‌کننده‌های فرکانس متغیر برای تنظیم دقیق سرعت استفاده می‌کنند. این موتورها در مقایسه با موتورهای دیزلی بیش از 15 دسی بل صدا را کاهش می دهند و آلاینده های اگزوز صفر را تولید می کنند که آنها را برای محیط های بسته مانند گلخانه ها مناسب می کند. ترنچر میکرو الکتریکی 8 کیلوواتی Kubota از یک حسگر گشتاور یکپارچه برای تنظیم خروجی موتور در زمان واقعی استفاده می کند و به کنترل عمق ترانشه با دقت 2± سانتی متر می رسد. این به طور گسترده در پارک های کشاورزی دقیق استفاده شده است.

کنترل هوشمند و خودکار

ادغام اینترنت اشیا (IoT) و فناوری‌های هوش مصنوعی، ماشین‌های سنگربرداری را به سمت عملیات بدون سرنشین سوق می‌دهد. کاربردهای معمولی عبارتند از: ① یک سیستم ناوبری با دقت بالا- مبتنی بر GNSS-RTK (-موقعیت‌یابی دیفرانسیل حرکتی واقعی)، همراه با سیگنال‌های ماهواره‌ای Beidou، برنامه‌ریزی مسیر سانتی‌متری- و تصحیح انحراف خودکار خط تراز کمتر از achie را ممکن می‌سازد. ② فناوری ادراک همجوشی چند{6}}سنسوری، مجهز به حسگرهای رطوبت خاک، فاصله یاب لیزری، و دوربین‌های بصری، نوع خاک، توزیع موانع و پارامترهای شکل ترانشه را به‌موقع نظارت می‌کند، سرعت ابزار و عمق نفوذ را به‌صورت پویا تنظیم می‌کند. ③ یک پلت فرم نظارت از راه دور داده هایی مانند سرعت موتور، دمای روغن، و سایش ابزار را جمع آوری می کند، خطاها را با استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشین پیش بینی می کند، و توصیه های تعمیر و نگهداری را ارائه می دهد و عمر تجهیزات را افزایش می دهد. سیستم ترانشه‌برداری هوشمند جان دیر به قابلیت همکاری داده‌ها با نرم‌افزار مدیریت مزرعه دست یافته است و به کشاورزان این امکان را می‌دهد تا از راه دور پیشرفت عملیات را نظارت کرده و پارامترها را از طریق یک برنامه تلفن همراه تنظیم کنند.

نمونه های نوآوری ماشین معمولی
1. ترنچر خزنده چند منظوره بزرگ
برای برآوردن نیازهای پروژه‌های حفاظت از آب در مقیاس بزرگ و توسعه زمین‌های بایر، شرکت‌های داخلی (مانند XCMG) ترانچرهای خزنده را با حداکثر عمق عملیاتی 2.5 متر و عرض ترانشه 0.8-1.5 متر توسعه داده‌اند. این مدل از یک کاهنده چرخ دنده سیاره ای با هدایت هیدرولیکی، همراه با یک موتور هیدرولیک با گشتاور بالا برای به حرکت درآوردن مستقیم برش مارپیچ استفاده می کند، که قادر به خرد کردن لایه های سنگ سخت (مقاومت فشاری کمتر یا مساوی 80 مگاپاسکال) است. شاسی خزنده مجهز به یک دستگاه تسطیح تطبیقی ​​است تا به طور خودکار افقی را هنگام کار در شیب ها حفظ کند و از واژگونی جلوگیری کند. ویژگی نوآورانه آن عملکرد یکپارچه "حفاری، حمل و نقل و تخلیه" آن است که با خاک حفاری شده مستقیماً از طریق یک تسمه نقاله به منطقه تعیین شده منتقل می شود و هزینه های جابجایی ثانویه را کاهش می دهد.

ترانچر باغ برقی سبک
یک شرکت ماشین آلات کشاورزی ژجیانگ با هدف قرار دادن برنامه های باریک ترانشه (0.3-0.5 متر عرض) در باغ های تپه ای، یک ترانچر با باتری (با وزن کلی کمتر یا مساوی 80 کیلوگرم) راه اندازی کرده است. جزء اصلی آن یک موتور DC بدون جاروبک (قدرت نامی 3 کیلووات) است که یک مته با قطر 150 میلی متر را از طریق یک کاهنده سیاره ای به حرکت در می آورد. این می تواند ترانشه های کودی به عمق 40 سانتی متر را در لوم رسی با سرعت 1.2 متر در دقیقه حفاری کند. ابعاد طراحی تاشو در صورت تا شدن فقط 1.2 متر در 0.6 متر است که حمل و نقل آن را در مناطق کوهستانی آسان می کند. "برنامه موقعیت یابی درختان میوه" به طور خودکار مکان های ترانشه را برای جلوگیری از آسیب ریشه محاسبه می کند و به طور گسترده در مناطق پرورش مرکبات در ژجیانگ استفاده شده است.

چالش ها و روندهای توسعه آینده

اگرچه فناوری ماشین‌های ترانشه‌برداری پیشرفت چشمگیری داشته است، اما همچنان با چالش‌های زیر مواجه است: اول، راندمان شکستن خاک و دوام ابزار در شرایط پیچیده زمین‌شناسی (مانند خاک یخ زده و لایه‌های شن) باید بهبود یابد. دوم، هزینه بالای سیستم های هوشمند، پذیرش آنها را در بین کشاورزان کوچک و متوسط- محدود می کند. و سوم، عملکرد زیست محیطی برخی از مدل ها (مانند سر و صدا و ارتعاش) به طور کامل الزامات عملیات کشاورزی سبز مدرن را برآورده نمی کند.

تحقیقات آتی بر روی زمینه های زیر متمرکز خواهد شد: ① کاربردهای علم مواد-توسعه مواد ابزار کامپوزیتی با استحکام بالا-، کم سایش- (مانند کاربید تنگستن-تیغه های پوشش داده شده) برای افزایش عمر ابزار. ② یکپارچه سازی انرژی های جدید{4}}کاوش پیل های سوختی هیدروژنی و سیستم های انرژی خورشیدی{5} کمکی برای کاهش بیشتر انتشار کربن. ③ Swarm Intelligent Collaboration-مطالعه فن‌آوری تیم‌سازی مستقل برای چندین دستگاه ترانشه‌برداری، مناسب برای حفاری همزمان در زمین‌های کشاورزی بزرگ. و ④ بهینه سازی انسان-تعامل ماشین-ارائه راهنمایی اپراتور در زمان واقعی-از طریق عینک های واقعیت افزوده (واقعیت افزوده) برای کاهش موانع فنی ورود.

نتیجه گیری
تکامل فن آوری سنگرها به طور مداوم حول الزامات اصلی "کارایی، هوشمندی و دوستی با محیط زیست" می چرخد. در حال حاضر، طراحی ساختاری اصلاح‌شده، سیستم‌های قدرت متنوع و ادغام عمیق کنترل هوشمند به مسیرهای اولیه نوآوری تبدیل شده‌اند. در آینده، با ادغام عمیق مواد جدید، انرژی‌های جدید و فناوری‌های هوش مصنوعی، ترانچرها به سمت سازگاری کامل سناریوها و اتوماسیون کامل-فرایند توسعه خواهند یافت و حتی از تجهیزات قدرتمندتری برای کشاورزی مدرن و ساخت‌وساز زیرساخت‌ها پشتیبانی می‌کنند.