Tongkat Boom Komposit Memperpanjang Jangkauan Pemoles, Meningkatkan Efisiensi
Memenuhi kebutuhan pertanian. Aplikasi komposit yang berkembang di pasar peralatan pertanian adalah tongkat boom untuk peralatan pemoles sendiri, yang digunakan untuk mengaplikasikan kimia cair ke tanaman. Sumber | Deere & Co.
Saat lahan pertanian yang berdekatan di area seperti Amerika Utara, Argentina dan Brasil tumbuh lebih besar berkat konsolidasi, dan saat pertanian tanpa pengolahan tanah meningkat di beberapa geografis, petani ingin sistem pemoles dengan tongkat boom lebih panjang untuk mengurangi jumlah laluan yang diperlukan untuk menutupi lahan yang semakin luas. Ini juga mengurangi pemadatan tanah, meningkatkan produktivitas dan hasil tanaman.
Respons terhadap kebutuhan ini, cabang Argentina King Marine S.A. (Valencia, Spanyol), yang bisnis intinya, ironisnya, memproduksi bagian perahu komposit menggunakan plastik diberi serat karbon kelas penerbangan (CFRP), menggunakan keahlian kompositnya di pasar lain untuk mengembangkan tongkat boom pemoles baru untuk peralatan pemoles sendiri. Dalam penggunaan, tongkat boom terbuka dan menjalar tegak lurus terhadap sumbu utama traktori dan memungkinkan petani untuk mengaplikasikan kimia cair (misalnya, insektisida, herbida dan pupuk) ke tanaman. Setelah digunakan, mereka dilipat kembali dan disimpan di sepanjang badan traktori untuk menghindari berantakan dengan pagar dan memungkinkan petani untuk mengemudi di jalan.
Batas logam. Tradisionalnya diproduksi dalam baja, tongkat boom pemoles telah mencapai batas struktural dan lebar praktisnya karena struktur dukungan besar yang diperlukan untuk mencegah tongkat melengkung di bawah beban torsi dan fatigue. Sumber | Deere & Co
Boom telah lama diproduksi dalam baja, namun seiring bertambahnya panjang, struktur dukungan yang lebih besar diperlukan untuk mencegah tongkat melengkung di bawah beban torsi dan fatigue dan selama tabrakan tidak disengaja dengan pagar, pohon dan struktur lain. (Beban fatigue yang tinggi adalah sebab boom tidak pernah beralih ke aluminium.) Akibatnya, boom yang lebih panjang dengan struktur dukungan yang lebih besar memaksa petani untuk membeli traktori yang lebih besar untuk membawa peralatan pemoles yang lebih berat dan tangki yang lebih besar yang menampung volume cairan yang lebih besar; namun, dalam memecahkan satu masalah, peralatan yang lebih berat menyebabkan pemadatan tanah yang meningkat dan, sebagai hasilnya, hasil tanaman yang berkurang. Selain itu, banyak kimia pertanian mengkoros logam, dan boom yang lebih panjang memerlukan mekanisme lipat yang lebih rumit untuk penyimpanan boom. Akhirnya, boom baja mencapai batas praktis sekitar 36 meter (120 kaki) dari sisi ke sisi. Masih, pasar — terutama di Amerika — ingin boom yang lebih panjang.
Resesi menyediakan peluang
Resesi Besar 2008 merusak baik individu maupun bisnis. King Marine, berusia dua puluh tahun, milik keluarga, yang memiliki fasilitas manufaktur di Picassent, Spanyol, dan Campana, Argentina, memasuki 2008 dengan bisnis yang subur memproduksi komponen CFRP — terutama tiang — untuk yacht berkinerja tinggi.
“Itulah saat resesi ekonomi dunia dimulai, dan pasar marine mewah mendapat pukulan besar,” ingat Natalia Dacko, administrator Eropa dan audit internal King Marine. “Penjualan kami drastis menurun, dan kami berhenti membangun perahu. Kami berada dalam mode krisis karena perusahaan kami berada dalam bahaya. Kami memiliki staf besar teknisi, insinyur dan spesialis — semuanya adalah ahli serat karbon [komposit]. Pertanyaan besar adalah, ‘Apa yang akan kita lakukan sekarang?’” King Composite S.L. dibuat untuk menjelajahi aplikasi CFRP non-marine.
Lebih panjang dari sebelumnya. Tongkat boom komposit memiliki kemampuan untuk terbuka dan menjalar untuk penggunaan yang mudah. Sumber | Deere & Co.
Solusi yang tidak terduga terhadap kekhawatiran perusahaan datang pada 2009 dari seorang Argentina yang perusahaan sendiri memproduksi sistem pemoles pertanian. Lelaki itu frustasi dengan masalah yang menimpa boom logamnya. “Dia bilang dia ingin boom yang lebih ringan, lebih panjang, bebas fatigue, tahan karat dan mudah diperbaiki,” ingat Dacko. Meskipun King Composite tidak memiliki pengalaman sebelumnya dengan peralatan pertanian, tim membuat prototipe CFRP, dan perusahaan Argentina menyukainya, memulai bisnis yang tumbuh King Composite dengan OEM peralatan pertanian di Argentina. King Composites akhirnya akan diganti nama menjadi King Agro SL.
Saat bisnis tongkat boom komposit tumbuh, King Agro menjadi dikenal karena produk inovatif dan berkualitasnya. Setelah beberapa tahun, kesuksesannya diperhatikan oleh pemimpin peralatan pertanian yang sedang mempertaruhi pertempuran tongkat boomnya sendiri. Anggawa tim insinyur Deere & Co. (Moline, Ill., AS) bertemu dengan King Agro pada 2015 untuk membahas peluang, dan segera King Agro memproduksi dan mendistribusikan boom CFRP untuk merek John Deere.
Generasi baru, permutasi baru
“Kami memulai dengan desain dan rekomendasi King Agro, plus apa yang telah dikembangkan Deere, dan menemukan bahwa mereka cukup適用,” menjelaskan manajer umum King Agro Phillip Ferree. “Pertama, tim gabungan kami membuat beberapa perubahan untuk meningkatkan keandalan dan daya tahan untuk pasar Amerika Selatan dan meluncurkan produk tersebut pada 2015. Secara bersamaan, kami mulai merancang produk generasi kedua untuk Amerika Utara dan Eropa. Untuk memenuhi regulasi lokal, kami memerlukan fungsionalitas yang berbeda dalam hal daya tahan dan dampak, yang memerlukan terjemahan spesifikasi logam ke desain komposit.” Produk tersebut dikomersialkan pada 2017.
“Selama pertemuan pertama kami, kami menghabiskan tiga jam hanya untuk membahas berbagai fitur pemoles di Amerika Utara dan Selatan,” ingat superviseur rekayasa produk pemoles Deere Thomas Bartlett. “Tidak hanya mereka menggunakan pola lipat yang berbeda — ada 20 cara berbeda untuk melipat sistem ini tergantung pada pasar dan regulasi — namun kondisi pertanian juga berbeda. Di Brasil, mereka menggunakan pertanian tanpa pengolahan tanah. Di Amerika Utara, itu lebih terbatas dengan praktik pertanian yang berbeda dan lebih banyak regulasi. Eropa memiliki perbedaan lebih lanjut dan pertanian yang jauh lebih kecil. Mereka menyimpan kimia mereka terpusat, jadi pemoles dibawa ke depot untuk diisi ulang daripada mengambil kimia ke lapangan untuk diisi ulang seperti yang kami lakukan di Amerika.” Selain itu, di beberapa geografis plomberi membawa cairan dari tangki ke nozzle melalui tongkat, namun di lokasi lain, plomberi berjalan di bawah tongkat. Tantangan lain adalah berapa lama menjalar boom, karena menambahkan satu meter di sini atau di sana tidak selalu memberikan solusi yang dapat digunakan. Sebaliknya, insinyur harus mempertimbangkan bagaimana tanaman ditanam di setiap geografis dan jarak di antara dan dalam baris.
Lipat untuk penyimpanan mudah. Tongkat boom disimpan untuk memudahkan perjalanan antara lapangan dan penyimpanan peralatan. Sumber | Deere & Co.
Boom memiliki struktur tabul komposit banyak dengan silang persegi yang, pada gilirannya, terhubung melalui “ujian” khusus yang terhubung ke sistem pengiriman cairan. Fitur khusus yang dicetak dalam struktur utama menyediakan komponen dengan fungsional yang diperlukan untuk membuka/menutup secara hidraulis dan membawa cairan di bawah tekanan tinggi. “Dengan hidraulik, kami dapat mengintegrasikan banyak fitur yang kami butuhkan sehingga kami dapat menyatukan hal-hal dan menciptakan desain yang lebih sederhana secara keseluruhan,” tambah Bartlett. Deere menuntut bahwa boom terangkat/disimpan dalam kurang dari 1 menit dan cairan dikirim dalam dua detik setelah memulai pompa.
Semua komposit menggunakan matriks epoksi dan dibagi vakum dan cured autoclave. Kombinasi penguat serat karbon dan kaca digunakan tergantung pada apakah komponen membutuhkan kekuatan lebih tinggi atau dampak lebih tinggi. Sebagian besar serat karbon adalah tow 24K namun dalam berbagai format, mulai dari unidirectional hingga twill weave untuk lapisan penampilan eksternal dengan finishing clear-coat. Di sendi dan lokasi di mana hidraulik berinteraksi, di mana kekuatan dan kekakuan lebih dibutuhkan, struktur lebih berat dengan lebih banyak plies digunakan. Tergantung pada model dan pasar, volume produksi bervariasi dari 100 hingga 1.000 sistem per tahun. King Agro memperkirakan bahwa pada 2017, total pasar global untuk pemoles sendiri adalah 14.000 unit/tahun.
“Masuk ke program ini, target kami adalah memperpanjang boom hingga 40 meter namun dengan massa 30% lebih rendah, karena bobot sangat penting,” catat insinyur desain boom pemoles komposit Deere Jonathan Nelson. “Saat Anda menggantungkan massa besar di depan atau belakang mesin, Anda bertarung dengan inersia, jadi jauh lebih sulit untuk menyeimbangkan beban antara aksel depan dan belakang. Kami juga ingin meningkatkan resistensi karat, namun juga harus mempertimbangkan karat galvanik dalam kehadiran serat karbon. Persyaratan lain adalah dampak yang lebih tinggi karena Anda tidak pernah melihat pemoles yang belum menabrak sesuatu. Kami membawa tes standar yang dikembangkan untuk logam yang melibatkan menjalar boom ke pagar untuk beberapa ratus siklus.” Beban kerja dan fatigue pada bagian terbilang tinggi, karena alat bergerak pada 24-30 kilometer per jam [15-19 mil per jam] dan plomberi melihat tekanan pemolesan 276-414 KPa [40-60 psi].
Lebih ringan, lebih baik, lebih cepat
Setelah tiga tahun, kolaborasi ini terbukti sangat produktif sehingga pada 2018, Deere mengakuisisi King Agro, yang sekarang membangun boom di fasilitasnya dan mengirimkannya ke pabrik John Deere di Des Moines, Iowa, AS, dan Horst, Belanda, untuk assembly akhir. Perkiraan deal ini memungkinkan King Agro untuk mempertahankan nama merek, merek dagang dan hubungan komersialnya.
Manfaat boom lebih ringan. Boom lebih ringan berarti ekonomi bahan bakar yang lebih baik, perawatan yang lebih rendah, lebar kerja yang lebih besar, umur pakai yang lebih lama, biaya operasional yang lebih rendah dan efisiensi yang lebih baik dengan jejak mesin yang lebih sedikit untuk volume panen yang lebih besar. Sumber | Deere & Co.
Beralih ke komposit telah memungkinkan boom untuk menjalar lebih dari 36 meter (120 kaki) hingga 40 meter (132 kaki). Dibandingkan baja, CFRP adalah enam kali lebih kuat, 5,5 kali lebih ringan, memberikan dampak lebih tinggi dan tidak koros. Boom lebih ringan berarti ekonomi bahan bakar yang lebih baik, perawatan yang lebih rendah, lebar kerja yang lebih besar, umur pakai yang lebih lama, biaya operasional yang lebih rendah dan efisiensi yang lebih baik dengan jejak mesin yang lebih sedikit untuk volume panen yang lebih besar. Manfaat lain adalah kemudahan perbaikan. “Dealer kami dapat mengambil kegagalan katastrofis, memotong komponen menjadi dua, menambahkan beberapa resin, mengclamp dan membiarkannya mengering dan mereka siap,” tambah Nelson. “Sejatinya lebih mudah diperbaiki daripada menyambung baja.”
“Hal terbaik adalah manfaat pelanggan,” tambah Bartlett. “Dengan produk serat karbon, mereka dapat lebih produktif. Mereka dapat pergi lebih lebar tanpa penalti bobot, mencakup lebih banyak hektar, mengalami pemadatan tanah yang lebih sedikit, dan pengurangan tekanan tanah secara positif mempengaruhi hasil.”
Ferree setuju: “Dari segi desain, komposit memungkinkan kami untuk melakukan hal-hal yang tidak dapat kita lakukan dengan bahan saat ini, yang telah mencapai batas struktural dan lebar mereka,” katanya. “Kami telah memiliki transisi yang solid dari penawaran baja kami ke penawaran CFRP premium kami — terutama di Amerika — karena kami membawa produktivitas yang lebih tinggi, yang dalam segmen ini adalah lebar yang lebih besar. Boom yang lebih ringan dan lebih lebar dapat dipasang pada traktori yang lebih kecil dan lebih murah. Atau, lebih banyak cairan dapat dibawa pada traktori yang sama sambil mempertahankan massa yang sama. Entah dengan cara apa pun, keseimbangan beban antara aksel depan dan belakang ditingkatkan dan pusat massa lebih dekat ke pusat mesin, meningkatkan kenyamanan untuk operator.”
“Kami melihat aplikasi untuk serat karbon dalam produk lain,” prediksi vice president platform perawatan tanaman pertanian dan taman Deere Aaron Wetzel. “Dalam beberapa tahun mendatang, kami akan menjelajahi peluang tambahan di mana kemampuan ringan dan lebih kuat dari baja akan menambahkan nilai tambah pada produk kami bagi pelanggan kami.”
