Траншейкапите, като основно оборудване в съвременното селско стопанство и инженерство, се използват предимно за отводняване на земеделска земя, изкопаване на напоителни канавки и земни работи преди полагането на тръбопроводи. С нарастващото търсене на прецизно земеделие и ефективно строителство, ограниченията на традиционното оборудване за копаене на канали по отношение на ефективност, адаптивност и интелигентност стават все по-очевидни, което води до технологични иновации в оборудването за копаене на канали челните редици на индустрията. През последните години местни и международни учени и компании проведоха обширни изследвания върху структурния дизайн на каналокопателите, оптимизирането на енергийната система, интелигентното управление и подобряването на екологичните показатели, постигайки значителен напредък. Тази статия систематично прави преглед на напредъка на изследванията на каналокопателите от три гледни точки: ключови технологични пробиви, типични иновации на моделите и бъдещи тенденции в развитието.
Ключов напредък в технологичните изследвания
Конструктивно проектиране и оптимизация на работния механизъм
Ранните каналопаснокопачи са използвали предимно фиксирани ботуши или обикновени ротационни фрези, разчитайки на механично въздействие за разрушаване на почвата. Това доведе до висока консумация на енергия и ниска точност на изкопаване. През последните години изследователите се съсредоточиха върху анализирането на геометричните параметри и динамичните характеристики на компонентите,-разрушаващи почвата. Използвайки симулация с крайни елементи (като ANSYS) и метода на дискретните елементи (DEM) за моделиране на взаимодействията на режещия инструмент-почва, те са оптимизирали извитата форма на повърхността на ботуша, ъгъла на проникване и материала на режещия ръб. Например, екип от Китайския селскостопански университет проектира структура на ботуши с "извито слоесто рязане" за работа в тежки глинести почви. Чрез синергичния ефект на първичния режещ ръб и вторичното скреперно острие, това намалява устойчивостта на-счупване на почвата с приблизително 23%, като същевременно минимизира запушването, причинено от адхезията на почвата. Освен това концепциите за модулен дизайн са широко възприети, позволявайки на потребителите бързо да сменят различни размери компоненти на фрезата въз основа на оперативните изисквания (като дълбочина и ширина на изкопа), значително подобрявайки гъвкавостта на оборудването.
Надстройки на мощността и задвижването
Традиционните каналокопатели често разчитат на тяга на трактора или директно задвижване от едно-цилиндров дизелов двигател, което води до лошо съответствие на мощността и ниска горивна ефективност. Настоящите изследвания се фокусират върху адаптивните технологии за-регулиране на натоварването. Хидравличните хибридни системи стават все по-популярни, като използват акумулатори за възстановяване на спирачната енергия, осигуряват спомагателна мощност при внезапни промени в натоварването и намаляват консумацията на енергия от двигателя. Освен това има ясна тенденция към електрификация. Някои малки електрически каналокопатели използват литиево-йонни батерии и безчеткови двигатели, съчетани с променливи-честотни контролери за прецизно регулиране на скоростта. Тези двигатели намаляват шума с над 15 dB в сравнение с дизеловите двигатели и произвеждат нулеви емисии на отработени газове, което ги прави подходящи за затворени среди като оранжерии. Микроелектрическият каналокопател с мощност 8kW на Kubota използва интегриран сензор за въртящ момент, за да регулира мощността на двигателя в реално време, постигайки контрол на дълбочината на изкопа с точност от ±2 cm. Използва се широко в паркове за прецизно земеделие.
Интелигентно и автоматизирано управление
Интегрирането на Интернет на нещата (IoT) и технологиите за изкуствен интелект насочват машините за копаене на канали към безпилотна работа. Типичните приложения включват: ① Навигационна система с висока-прецизност, базирана на GNSS-RTK (кинематично диференциално позициониране в реално-време), комбинирана със сателитни сигнали на Beidou, позволява планиране на траектория-ниво на сантиметър и автоматична корекция на отклонението, постигайки грешки в праволинейността на линията на изкопа от по-малко от 3 cm; ② Мулти-сензорна технология за възприемане на синтез, оборудвана със сензори за влажност на почвата, лазерни далекомери и визуални камери, следи типа на почвата, разпределението на препятствията и параметрите на формата на изкопа в реално време, като динамично регулира скоростта на инструмента и дълбочината на проникване; ③ Платформа за дистанционно наблюдение събира данни като скорост на двигателя, температура на маслото и износване на инструмента, прогнозира неизправности с помощта на алгоритми за машинно обучение и предоставя препоръки за поддръжка, удължавайки живота на оборудването. Интелигентната система за копаене на канали на John Deere е постигнала оперативна съвместимост на данните със софтуера за управление на фермата, което позволява на фермерите да наблюдават дистанционно напредъка на операцията и да коригират параметрите чрез мобилно приложение.
Типични примери за машинни иновации
1. Голям многофункционален верижен каналокопател
За да отговорят на нуждите на широкомащабни-проекти за опазване на водата и развитие на пустеещи земи, местни компании (като XCMG) са разработили верижни каналокопатели с максимална работна дълбочина от 2,5 m и ширина на изкопа от 0,8-1,5 m. Този модел използва хидравлично задвижван планетарен редуктор, съчетан с хидравличен мотор с висок въртящ момент за директно задвижване на спиралния нож, способен да раздробява твърди скални слоеве (якост на натиск По-малка или равна на 80 MPa). Верижното шаси е оборудвано с адаптивно нивелиращо устройство за автоматично поддържане на хоризонталност при работа по склонове, предотвратявайки преобръщане. Неговата иновативна характеристика е интегрираната му функция "копаене, транспортиране и разтоварване", като изкопаната почва се прехвърля директно в определена зона чрез конвейерна лента, намалявайки разходите за вторична обработка.
Лека електрическа траншея за овощни градини
Насочвайки се към тесни приложения за копаене на канали (0,3-0,5m ширина) в хълмисти овощни градини, компания за селскостопански машини в Zhejiang пусна каналокопател, захранван с батерии (с общо тегло по-малко или равно на 80 kg). Неговият основен компонент е безчетков постояннотоков двигател (номинална мощност 3kW), който задвижва шнеков накрайник с диаметър 150 mm през планетарен редуктор. Той може да изкопае 40 см дълбоки торови канали в глинеста почва със скорост 1,2 м/мин. Сгъваемият дизайн е с размери само 1,2mx 0,6m в сгънато състояние, което го прави лесен за транспортиране в планински терен. Придружаващото приложение „Fruit Tree Positioning App“ автоматично изчислява местата за изкопаване, за да избегне увреждане на корените, и е широко използвано в районите за отглеждане на цитрусови плодове в Zhejiang.
Предизвикателства и бъдещи тенденции на развитие
Въпреки че технологията на машините за изкопаване на канали е постигнала значителен напредък, тя все още е изправена пред следните предизвикателства: Първо, трябва да се подобрят-ефикасността на разбиване на почвата и издръжливостта на инструмента при сложни геоложки условия (като замръзнала почва и слоеве от чакъл); второ, високата цена на интелигентните системи ограничава тяхното приемане сред малките и средни-фермери; и трето, екологичните показатели на някои модели (като шум и вибрации) не отговарят напълно на изискванията на съвременните зелени земеделски операции.
Бъдещите изследвания ще се съсредоточат върху следните области: ① Приложения в науката за материалите-Разработване на композитни инструменти с висока-якост и ниско{2}}износване (като остриета с покритие от волфрамов карбид-) за удължаване на живота на инструмента; ② Нова енергийна интеграция-Проучване на водородни горивни клетки и слънчеви-системи за захранване за допълнително намаляване на въглеродните емисии; ③ Swarm Intelligent Collaboration-Проучване на автономна технология за групиране за множество машини за изкопаване на канали, подходящи за едновременни разкопки на големи земеделски площи; и ④ Оптимизиране на взаимодействието човек-машина-Осигуряване на-насочване на оператора в реално време чрез очила за AR (разширена реалност) за намаляване на техническите бариери за навлизане.
Заключение
Технологичната еволюция на каналокопателите последователно се върти около основните изисквания за "ефективност, интелигентност и екологичност". Понастоящем усъвършенстваният структурен дизайн, разнообразните енергийни системи и дълбоката интеграция на интелигентното управление са се превърнали в основните пътища за иновации. В бъдеще, със задълбочената-интеграция на нови материали, нова енергия и технологии с изкуствен интелект, каналокопателите ще се развият допълнително към пълна-приспособимост към сценарии и пълна-автоматизация на процесите, предоставяйки още по-мощна поддръжка на оборудване за модерно земеделие и инфраструктурно строителство.
