Kaevikukaevajaid kui tänapäevase põllumajanduse ja tehnika põhiseadmeid kasutatakse peamiselt põllumaade kuivendamiseks, niisutuskraavide kaevamiseks ja pinnasetöödeks enne torujuhtme paigaldamist. Kuna nõudlus täppispõllumajanduse ja tõhusa ehituse järele kasvab, on traditsiooniliste kaevikuseadmete piirangud tõhususe, kohanemisvõime ja intelligentsuse osas muutunud üha ilmsemaks kaevetööstuse tehnoloogiliste uuenduste jaoks. Viimastel aastatel on kodumaised ja rahvusvahelised teadlased ja ettevõtted läbi viinud ulatuslikke uuringuid kaevikute konstruktsiooni projekteerimise, toitesüsteemi optimeerimise, intelligentse juhtimise ja keskkonnategevuse tõhustamise kohta, saavutades märkimisväärset edu. See artikkel annab süstemaatiliselt ülevaate kaeviku kaevajate uurimistööst kolmest vaatenurgast: peamised tehnoloogilised läbimurded, tüüpilised mudeliuuendused ja tulevased arengusuunad.
Peamised tehnoloogiauuringute edusammud
Konstruktsioonide projekteerimine ja töömehhanismi optimeerimine
Varajased kaeviku kaevajad kasutasid enamasti fikseeritud seemendiid või lihtsaid pöörlevaid lõikureid, mis sõltusid pinnase purustamisel mehaanilisest mõjust. Selle tulemuseks oli suur energiatarbimine ja madal kaevetööde täpsus. Viimastel aastatel on teadlased keskendunud pinnast purustavate komponentide geomeetriliste parameetrite ja dünaamiliste omaduste analüüsimisele. Kasutades lõplike elementide simulatsiooni (nt ANSYS) ja diskreetsete elementide meetodit (DEM) pinnase-lõiketööriistade vastastikmõju modelleerimiseks, on need optimeerinud seemendi kõvera pinna kuju, läbistusnurka ja lõikeserva materjali. Näiteks Hiina Põllumajandusülikooli meeskond kavandas rasketel savimuldadel töötamiseks mõeldud "kõvera kihilise lõikamise" seemendi konstruktsiooni. Primaarse lõikeserva ja sekundaarse kaabitsa tera sünergilise efekti tõttu vähendab see mulla purunemiskindlust ligikaudu 23% võrra, minimeerides samal ajal pinnase nakkumisest tingitud ummistumist. Lisaks on laialdaselt kasutusele võetud modulaarsed konstruktsioonikontseptsioonid, mis võimaldavad kasutajatel kiiresti vahetada erineva suurusega lõikurikomponente vastavalt töönõuetele (nt kaeviku sügavus ja laius), parandades oluliselt seadmete mitmekülgsust.
Jõu- ja jõuülekande uuendused
Traditsioonilised kaevikuraidurid toetuvad sageli traktori veojõule või ühesilindrilise{0}}diiselmootori otseajamile, mille tulemuseks on halb võimsuse sobivus ja madal kütusesäästlikkus. Praegused uuringud keskenduvad adaptiivsetele võimsuse{2}}koormuse reguleerimise tehnoloogiatele. Hüdraulilised hübriidsüsteemid muutuvad üha populaarsemaks, kasutades akusid pidurdusenergia taastamiseks, pakkudes abijõudu äkiliste koormuse muutuste ajal ja vähendades mootori energiatarbimist. Lisaks on selge suundumus elektrifitseerimise suunas. Mõned väikesed elektrilised kraavikaevikud kasutavad liitium-ioonakusid ja harjadeta mootoreid koos muudetava-sagedusregulaatoritega kiiruse täpseks reguleerimiseks. Need mootorid vähendavad diiselmootoritega võrreldes müra üle 15 dB ja ei tekita heitgaase, mistõttu sobivad need suletud keskkonda, näiteks kasvuhoonetesse. Kubota 8kW mikroelektriline kraavikaevur kasutab integreeritud pöördemomendi andurit, et reguleerida mootori väljundit reaalajas, saavutades kaeviku sügavuse kontrolli ±2 cm täpsusega. Seda on laialdaselt kasutatud täppispõllumajandusparkides.
Arukas ja automatiseeritud juhtimine
Asjade Interneti (IoT) ja tehisintellekti tehnoloogiate integreerimine viib kraavikaevamismasinad mehitamata töö suunas. Tüüpilised rakendused on järgmised: ① GNSS-RTK-l (reaalajas-reaalaja kinemaatiline diferentsiaalpositsioneerimine) põhinev-täpne navigatsioonisüsteem koos Beidou satelliidi signaalidega võimaldab sentimeetri-tasandil teeplaneerimist ja automaatset kõrvalekalde korrigeerimist, saavutades kraavi sirguse 3 cm võrra väiksema vea; ② Multi-andurite sulandumise tajumise tehnoloogia, mis on varustatud mulla niiskusandurite, laserkaugusmõõturite ja visuaalsete kaameratega, jälgib reaalajas pinnase tüüpi, takistuste jaotust ja kraavi kuju parameetreid, reguleerides dünaamiliselt tööriista kiirust ja läbitungimissügavust; ③ Kaugjälgimise platvorm kogub andmeid, nagu mootori pöörlemiskiirus, õli temperatuur ja tööriista kulumine, ennustab masinõppe algoritme kasutades rikkeid ja annab hooldussoovitusi, pikendades seadme eluiga. John Deere'i intelligentne kaevikusüsteem on saavutanud andmete koostalitlusvõime farmihaldustarkvaraga, võimaldades põllumeestel kaugjuhtimisega jälgida töö edenemist ja kohandada parameetreid mobiilirakenduse kaudu.
Tüüpilised masinainnovatsiooni näited
1. Suur multifunktsionaalne roomikkraavi kaevaja
Suuremahuliste-veekaitseprojektide ja tühermaade arendamise vajaduste rahuldamiseks on kodumaised ettevõtted (nt XCMG) välja töötanud roomikkraavid, mille maksimaalne töösügavus on 2,5 m ja kraavi laius 0,8-1,5 m. See mudel kasutab hüdrauliliselt käitatavat planetaarülekande reduktorit, mis on ühendatud suure pöördemomendiga hüdromootoriga, et käitada otse spiraallõikurit ja mis on võimeline purustama kõvasid kivimikihte (survetugevus 80 MPa või sellega võrdne). Roomikšassii on varustatud adaptiivse nivelleerimisseadmega, mis säilitab kallakutel töötades automaatselt horisontaalsuse, vältides ümberminekut. Selle uuenduslikuks omaduseks on integreeritud "kaevamise, transpordi ja tühjendamise" funktsioon, kus väljakaevatud pinnas kantakse konveierilindi kaudu otse määratud alale, vähendades sekundaarseid käitlemiskulusid.
Kerge elektriline viljapuuaia kraavi kaevaja
Zhejiangi põllumajandusmasinate ettevõte, mis on sihitud kitsastele kaevetöödele (laius 0,3-0,5 m) künklikes viljapuuaedades, tõi turule akutoitega kraavikaevaja (kogumassiga alla 80 kg või sellega võrdne). Selle põhikomponent on harjadeta alalisvoolumootor (nimivõimsus 3 kW), mis juhib 150 mm läbimõõduga tigu läbi planetaarse reduktori. See suudab kaevandada 40 cm sügavuseid väetisekraave savisavi kiirusega 1,2 m/min. Kokkupandava disaini mõõtmed kokkupandult on vaid 1,2 m x 0,6 m, mistõttu on seda lihtne mägisel maastikul transportida. Kaasasolev "Fruit Tree Positioning App" arvutab automaatselt välja kaevamiskohad, et vältida juurekahjustusi, ja seda on laialdaselt kasutatud Zhejiangi tsitrusviljade kasvupiirkondades.
Väljakutsed ja tuleviku arengusuunad
Kuigi kaevamismasinate tehnoloogia on teinud märkimisväärseid edusamme, seisab see siiski silmitsi järgmiste väljakutsetega: Esiteks tuleb parandada pinnase{0}}murdmise tõhusust ja tööriistade vastupidavust keerulistes geoloogilistes tingimustes (nt külmunud pinnas ja kruusakihid); teiseks piirab intelligentsete süsteemide kõrge hind nende kasutuselevõttu väikeste ja keskmise suurusega{1}}põllumajandustootjate seas; ja kolmandaks, mõne mudeli keskkonnamõju (nt müra ja vibratsioon) ei vasta täielikult kaasaegse rohelise põllumajandustegevuse nõuetele.
Tulevased uuringud keskenduvad järgmistele valdkondadele: ① Materjaliteaduse rakendused-Kõrge-tugevate, vähe{2}}kuluvate tööriistamaterjalide (nt volframkarbiidiga-kattega terade) väljatöötamine tööriista eluea pikendamiseks; ② Uus energiaintegratsioon-Vesinikkütuseelementide ja päikese{5}}toega elektrisüsteemide uurimine süsinikdioksiidi heitkoguste edasiseks vähendamiseks; ③ Swarm Intelligent Collaboration-Autonoomse meeskonnatöö tehnoloogia uurimine mitme kraavikaevamismasina jaoks, mis sobib suurte põllumaade samaaegseks kaevamiseks; ja ④ Inimeste{7}}masina interaktsiooni optimeerimine-Pakkudes operaatorile reaalajas-juhiseid AR (liitreaalsuse) prillide kaudu, et vähendada tehnilisi sisenemistõkkeid.
Järeldus
Kaevikute tehnoloogiline areng on järjekindlalt keerelnud "tõhususe, intelligentsuse ja keskkonnasõbralikkuse" põhinõuete ümber. Praegu on peamisteks innovatsiooniteedeks saanud täiustatud struktuurne disain, mitmekesised toitesüsteemid ja intelligentse juhtimise sügav integreerimine. Tulevikus, uute materjalide, uue energia ja tehisintellekti tehnoloogiate põhjaliku integreerimisega-, arenevad kaevikuraidurid täieliku-stsenaariumi kohandamise ja täieliku-protsesside automatiseerimise suunas, pakkudes veelgi võimsamat seadmete tuge kaasaegses põllumajanduses ja infrastruktuuri ehitamises.
