Tarım makineleri için hidrolik sistem tasarımcıları bazı güçlü zorluklarla karşı karşıyadır. Bu, özellikle sadece direksiyon ve fren işlevlerine sahip değil, aynı zamanda çok çeşitli hidrolik ekipmanların bağlanacağı ve çekileceği yüksek beygir gücüne sahip traktörler için geçerlidir. Bir çiftçinin bir traktör tasarımcısı tarafından bilinmeyen çapraz markalı, özel aletler koleksiyonunun işletim parametreleri ile, hidrolik sistem ya aşırı boyutlandırma ve aşırı tasarım nedeniyle verimsiz olabilir ya da yetersiz tasarlanmışsa yeterli performans göstermeyebilir.
Kendinden tahrikli sıralı hasat makinelerinin yanı sıra meyve ve sebze hasat makineleri artık 500 hp’den daha büyük motorlara sahip birçok çekici traktörün boyutuna yaklaşıyor. Bazı yem mısır hasat makineleri, 1.000 beygirden daha yüksek motorlara sahiptir. Bu makinelerin bazıları için motoru çalıştırmanın tek nedeni hidrolik pompalara güç vermektir. Diğerleri mekanik fonksiyonları doğrudan tahrikli dişli kutusu ve hidrolik sistem arasında böler. Sistem tasarımı, büyüyen alanlar arasında hızlı hareket için tüm hidrolik gücü motor fonksiyonlarına taşıma yeteneğini korurken, hidrolik akışı tüm alt devrelere eşit olarak dağıtma zorluğunu dengelemelidir.
Tarım makinelerinin tüm yelpazesindeki ortak zorluk, enerji açısından verimli, kullanımı ve bakımı kolay ve elbette güvenilir bir hidrolik sistem oluşturmaktır. Kısmi otomasyon, operatörün dikkatinin pek çok yöne çekilebildiği büyük ölçekli makineler için mutlak bir minimum gerekliliktir.
Birincisi: enerji verimliliği
Hidrolik motor tork gereksinimlerinin ve yer değiştirmelerinin hesaplandığını ve silindirlerin gerekli kaldırma kuvvetlerini (normal bir hidrolik basınç aralığı içinde) üretecek şekilde boyutlandırıldığını varsayarsak, bir sonraki ana karar pompa boyutu ve stili seçimi olacaktır. Küçük ölçekli bir çiftlik için, bir kamu hizmeti tipi makine, basitlik ve düşük maliyet adına açık merkezli bir valf bankasına sahip sabit deplasmanlı bir dişli pompa içerebilir. Herhangi bir hidrolik fonksiyon kullanılmadığında pompanın basıncı boşaltılarak akış depoya geri yönlendirilse de, tam akış hızı nedeniyle yine de gerekenden daha yüksek yakıt tüketimi meydana gelir.
Tarımsal hidrolik tasarım pompa verimliliği
Bir silindir için pompadan sağlanan toplam akışın yalnızca bir kısmına ihtiyaç duyulduğunda – valf kolunun akıllıca kullanılmasıyla kasıtlı olarak yavaş hızda uzatılır – aşırı akış, yay yüklü bir basınç tahliye valfi üzerinden zorlanır. Kısmen kaydırılmış valf makarası, pompanın tanka giden boşaltma yolunu kapatır ve ana kısıtlama ve basınç yükü olarak akış yoluna kısmen açık bir valf yerleştirir. Silindir sadece hafif bir yük kaldırıyor olsa bile, pompa tam akışta ve maksimum basınçta çalışmaya zorlanır. Başka bir deyişle, silindir hızı için akış gereksinimi, mevcut toplam akışın yalnızca bir kısmı olabilir, ancak pompa yalnızca tam hızda pompalayabilir. Ek olarak, silindirin yalnızca hafif bir yükü kaldırması gerekebilir (minimum basınç gerektirir), yine de, kısmen açılmış yön valfinin kısıtlanması nedeniyle sistem genel olarak maksimum basınçta olacaktır. Yakıt tüketimi, tam akışta ve tam basınçta pompalarken en yüksektir, ancak bu, manuel direksiyonlu ve makineyle çalışırken hidrolik silindir hareketinin ara sıra olduğu basit bir traktör için kabul edilebilir.
Dikim veya hasat devreleri gibi sürekli çalışan hidrolik işlevlere sahip ve herhangi bir zamanda güçlü direksiyon hareketlerine ihtiyaç duyulan büyük, üretim ölçekli makineler için değişken deplasmanlı pistonlu pompa standart seçim olmaya devam ediyor. Basıncı dengeleyen ve yüke duyarlı bir pistonlu pompa, basit bir dişli pompanın verimsizliklerini önler. Çoklu paralel devre yolları boyunca silindir ve hidrolik motor akış talebini otomatik olarak karşılayan bir akış hızı sağlar ve aynı zamanda maksimum sistem basıncını en yüksek çalışma yükü için şu anda ihtiyaç duyulandan sadece biraz daha yükseğe ayarlar.
Basınç geri beslemesi, sistem içindeki en yüksek basınç devresinden pompa üzerindeki yük algılama kompansatörüne iletilir. Bu geri bildirim, pompayı anında ayarlar. Beklenen maksimum akıştan biraz daha büyük olan maksimum pompa deplasmanı ile yakıt verimliliği, gerektiğinde basıncı ve akışı sürekli olarak ayarlayabilen bir pompa tarafından sağlanır.
Yük algılama özelliği ayrıca genel olarak sistem içinde daha yüksek akış doğruluğu sunar. Yük algılama kompansatörü pompayı otomatik olarak ayarlayabildiğinden, motor devrindeki küçük değişiklikler akış değişiklikleri olarak görünmez. Hidrolik sistem, motorları bir biçerdöverde zamanlı üretim fonksiyonlarında çalıştırıyorsa, bu akış doğruluğunun üretim ve kalite üzerinde doğrudan etkisi vardır.
Basınç dengeleyici, önceden ayarlanmış bir maksimum basınç seviyesine ulaşıldığında tepki veren pompa üzerindeki bir kontrol mekanizmasıdır. Kompansatör, birincil basınç sınırlama aracı olarak bir sistem tahliye valfi kullanmak yerine, pompa deplasmanını azaltır ve aşırı basınç durumu (örn. silindir veya motorda aşırı yük) ortadan kalkana kadar sıfıra yakın tutar. Basınç düştüğünde, kompansatör pompanın yer değiştirmeyi bir kez daha artırmasına izin verir. Basınç dengeleyici, sistem basıncının güvenli bir seviyenin üzerine çıkmasını engellemesi bakımından standart bir tahliye vanasına benzer. Ancak basınç dengeleyici bunu, fazla akışı verimsiz bir şekilde tanka geri yönlendirmek yerine pompa çıkışını azaltarak yapar. Basınç dengeleyici, tahliye vanasına benzer bir güvenlik özelliği sağlar, ancak ilave enerji tasarrufu avantajı sağlar.
Çoğu modern traktör ve biçerdöverdeki akış ve yön kontrol valfi dizileri elektronik kontrol özelliğine sahiptir. Değişken akım solenoidleri ile valfler, silindirleri ve motorları istenen hızda harekete geçirmek için orantılı akış yeteneğine sahiptir.
Valfler, bir silindiri kilitli bir konumda tutabilir (örneğin mahsul kesme yüksekliği veya saban derinliği) veya bir aletin zemin hatlarıyla yukarı ve aşağı yüzebilmesi için silindir çubuğunun serbestçe içeri ve dışarı hareket etmesine izin verebilir. Daha küçük, doğrudan takılan aletler için, bu kaldırma ve indirme silindiri, traktörün üç noktalı askısında bulunur. Kendi silindirleri ve hidrolik motorları olan daha büyük çekilen aletler için, hidrolik hortum bağlantılarını almak için traktörün arkasında yaygın olarak “uzaktan” olarak adlandırılan traktör valflerinden hızlı bağlantı çiftleri bulunur.
Valf bankasının her bölümünde tipik olarak bir basınç dengeleyici bulunur. Çoğu zaman bu ekstra valf bileşeni, ana makaranın giriş tarafında bulunur. Kompansatör, hareket halindeki silindirin veya motorun yük basıncını algılar ve ana valf makarasının girişindeki basıncı, makara boyunca sabit bir basınç farkı sağlamak için ayarlar, böylece sistem basıncı veya silindir yük basıncı olduğunda bile sabit bir akış hızı sağlar. değişir. Bu, operatörün hareket sırasında hızı değiştiren bir hidrolik fonksiyona tepki olarak bir valf kolunu hızlı bir şekilde hareket ettirmek zorunda olmadığı anlamına gelir. Basınç dengeleyici sorunu ortadan kaldırır.
Valf kümesi, içinde küçük çelik bilyeler veya popetler bulunan bir mekik valf ağı içerir. Bu mekik valfler (diğer adıyla bilye çözücüler), yalnızca en yüksek yüklü valf bölümünden gelen yük basıncının, özel bir sinyal hortumu aracılığıyla pompa üzerindeki yük algılama kompansatörüne iletilmesine izin verir. Açıklandığı gibi pompa üzerinde yük algılama kompansatörünün ve mekik valfli valf bankasının kullanılması, yükten pompaya geri bildirim sağlamak için bir akışkan basınç hattının kullanılmasıyla bir kapalı döngü kontrol şemasını tamamlar.
Yük algılama sistemleri, sürekli çalışan hidrolik sistemler için yakıt açısından en verimli sistemler arasında kabul edilir. Ayrıca, sonsuz tasarım çeşitliliğine sahip ekipmanları çeken traktörler için doğru şekilde ayarlanması zor sistemler olabilirler. Sistemde sorun gidermeyi karmaşık bir süreç haline getiren çok sayıda bileşen vardır.
Parker Hannifin’in Bölünmüş Pompa Akıllı Akış Mimarisi gibi en son yenilikler, makinedeki her ana işlev için bir pistonlu pompa kullanarak daha da fazla enerji tasarrufu sağlar. Yükleyiciler ve bazı ekskavatörler için halihazırda kanıtlanmış olan bu tür sistemler, yavaş yavaş tarım makinelerinde yerini alacaktır. Pompa akış hızı ve oransal valf makaraları elektronik olarak kontrol edilir. Bu, hızlı hareket gereksinimleri sırasında tek bir ekipman silindiri ile kullanım için pompaları birleştirme veya aynı anda birkaç farklı silindir hareketi çalıştırırken ayrı işlevler için seçenekler sunar. Valf dizisinin iç parçaları daha basittir ve pompa kompansatörü ile valf grubu arasında yüke duyarlı sinyal hortumunun kullanımı, daha hızlı elektronik pompa kontrolü lehine ortadan kaldırılmıştır.
Büyük tarım makinelerinde hidrolik sistemler için enerji tasarrufu sağlayan tasarımlar, aynı zamanda daha düşük yağ sıcaklıkları anlamına gelir ve bu da büyük soğutuculara ve fanlara olan ihtiyacı azaltır ve hatta ortadan kaldırır. Bu sistemler için sıvı rezervuarları için bir boyut küçültme de mümkündür.
Kullanım kolaylığı
Bir tarım makinesindeki hidrolik işlevlerin, operatörün silindir konumlarında (örneğin mahsul kesme yüksekliği, yönlendirme) sürekli düzeltmeler yapması veya hidrolik motorlara akış oranlarını ayarlaması gerekmediğinde çalıştırılması kolay kabul edilir. Büyük ölçekli makinelerde çiftçilik, ekim veya hasat için kalite ve üretim en önemli önceliklerdir. Operatörün beyin gücü en iyi şekilde büyük çiftçilik resmini izlemek için kullanılır. Yüksek beygir gücüne sahip makinelerde mümkün olan yüksek hareket hızları ve geniş ekin sıraları ile operatörün hala yapması gereken çok şey var. Operatör tarafından programlanan kontrolörler oldukça yaygındır. Bu kontrolörler, hidrolik silindirlerin bir ekipmanı açmasının ne kadar sürdüğünü hatırlayacak şekilde programlanabilir. Bu “zamanlı kenet” özelliği daha sonra aynı işlemi gerçekleştirmek için bir düğmeye basılarak kullanılabilir.
Makine kontrolünün ve konum düzeltmenin küçük noktaları, operatör geçersiz kılma payı ile otomatik olmalıdır. Otomasyon ve işletim kolaylığı, elektrohidrolik valflerle tipik elektronik kontrolör ve dokunmatik ekran kullanımının sonucudur. Geçmişte çalıştırılması zor bir fiziksel iş olan bir makinenin olanakları, şimdi servo kumandalı direksiyon simidinin çok ötesine geçen direksiyon yönlendirme sistemleriyle genişlemeye devam ediyor. Birçok modelde direksiyonun genellikle joystick ile kontrol edildiği inşaat makineleri dünyasının aksine, bir orbitrol valfine (diğer adıyla el ölçüm ünitesi) bağlı tanıdık direksiyon simidi tarım makinelerinden yavaş yavaş kaybolur. Ancak bazı makinelerde tamamen otomatik direksiyon kontrolleri ve direksiyon simidine paralel olarak bağlanan valfler vardır.
Tasarımcılar artık direksiyon dingili üzerindeki silindirlerin içine veya mafsallı direksiyon için kullanılan silindirlere doğrusal konum sensörlerinin kurulumuna standart olarak dikkat etmelidir. Yönlendirmesiz silindirler, daha fazla konum hafızalı otomasyon sağlamak için doğrusal konum sensörlerinin kurulumu için de dikkate değerdir. Çift çubuklu direksiyon silindirleri için uygun olan bazı yeni sensörler, piston üzerinde yalnızca mıknatısın içinde olacak şekilde silindir tüpünün dışına monte edilebilir. Makinedeki elektronik kontrol ekipmanı henüz tam otomatik, robotik direksiyon için yapılandırılmamış olabilir, ancak birçok sistem halihazırda tarlada uzun düz koşular için bir GPS tabanlı kılavuzluk seviyesi sunuyor ve operatörün yorulmasını önlüyor.
Bakım ve onarım kolaylığı
Bakım ve onarım kolaylığı, birçok çiftlik işletmecisinin aradığı değerli bir özelliktir. Erişimi kolay doldurma portları ve kolay görüşlü gözetleme camları memnuniyetle karşılanırken, birçoğu ayarlamaları ve anahtar işini kolaylaştıran makine tasarımcısı için kayda değer övgüyle söz ediyor. Silindir bağlantı noktalarında 45° dirsek bağlantı parçaları veya geniş yarıçaplı boru dirsekleri ile, hasarlı hortumların değiştirilmesi gerektiğinde bağlantıların üzerinde çalışmak kolaydır. Makine çerçevesi boyunca kenetlenen yakın aralıklı hortumlar ve bağlantı parçaları sıraları, bağlantı parçaları anahtarlara yer açmak için birbirinden kaydırılırsa yeterince çalışabilir. Kolay çıkarma ve değiştirme için montaj filtreleri her zaman görsel olarak en hoş yerleşim düzeni değildir, ancak mekanikçiler bunu takdir eder. Ayrıca bakım görevlerinin atlanmamasını sağlamaya da yardımcı olur.
Filtre yerleştirme gibi basit bir şeyin bile bakım üzerinde büyük etkisi olabilir; filtrelere erişilebilir ve çıkarılması/değiştirilmesi kolaysa, bu basit bakım görevinin gözden kaçma olasılığı daha düşüktür.
Tarım makineleri, hidrolik sistemlerin uygulanması için önemli bir ürün olmaya devam ediyor. Zaman zaman daha verimli çalışmayı sağlayan yenilikçi bileşenler ve sistem tasarımları piyasaya sürüldükçe, otomasyon kullanımı çok hızlı bir şekilde artıyor. Bu, özellikle çiftlik operatörüne üretim verimi, zaman kullanımı ve insan girdi enerjisi konusunda yardımcı olmak için tasarlanmış büyük ölçekli makineler için geçerlidir.
Madencilik ve inşaat gibi diğer sektörlerden gelen yeniliklerin tarım dünyasına geçişini ve ortalama bir çiftçinin gününde bir fark yaratmasını görmek heyecan verici. Hidrolik sistem tasarımındaki yenilikler tarıma sızmaya devam ettikçe, çiftçiler daha da fazla verimlilik, kullanım kolaylığı ve umarız bakım karmaşıklığında azalmanın ödüllerinin tadını çıkaracaklar.