Permintaan untuk lengan boom penyemprot yang lebih panjang memungkinkan komposit pada peralatan pertanian
Memenuhi permintaan pertanian. Aplikasi komposit yang berkembang di pasar peralatan pertanian adalah lengan boom untuk peralatan penyemprotan self-propelled, yang digunakan untuk menerapkan bahan kimia cair ke tanaman. Sumber | Deere &Co.
Karena ladang pertanian yang berdekatan di daerah seperti Amerika Utara, Argentina, dan Brasil telah tumbuh lebih besar berkat konsolidasi, dan karena pertanian tanpa pengolahan meningkat di geografi tertentu, petani menginginkan sistem penyemprot dengan lengan boom yang lebih panjang untuk mengurangi jumlah lintasan yang dibutuhkan untuk menutupi semakin banyak. bidang yang lebih besar. Hal ini juga mengurangi pemadatan tanah, meningkatkan produktivitas dan hasil panen.
Menanggapi kebutuhan ini, cabang Argentina dari King Marine SA (Valencia, Spanyol), yang bisnis intinya, ironisnya, adalah fabrikasi suku cadang perahu komposit menggunakan plastik yang diperkuat serat karbon (CFRP), menggunakan keahlian kompositnya di pasar lain. untuk mengembangkan lengan boom penyemprot baru untuk peralatan penyemprotan self-propelled. Saat digunakan, lengan boom membuka dan memanjang tegak lurus ke sumbu utama traktor dan memungkinkan petani untuk menerapkan bahan kimia cair (misalnya, insektisida, herbisida, dan pupuk) ke tanaman. Setelah digunakan, mereka akan dilipat kembali dan disimpan di sepanjang badan traktor untuk menghindari kusut dengan tiang pagar dan untuk memungkinkan petani mengemudi di jalan raya.
Batas dari logam. Secara tradisional diproduksi dalam baja, lengan boom penyemprot telah mencapai batas struktural dan lebar praktisnya karena struktur pendukung besar yang diperlukan untuk menjaga lengan agar tidak tertekuk di bawah beban puntir dan kelelahan. Sumber | Deere &Co
Boom telah lama diproduksi dalam baja, tetapi seiring bertambahnya panjang, struktur pendukung yang lebih besar diperlukan untuk menjaga lengan agar tidak menekuk di bawah beban puntir dan kelelahan dan selama benturan yang tidak diinginkan dengan pagar, pohon, dan struktur lainnya. (Beban kelelahan yang tinggi adalah alasan mengapa boom tidak pernah beralih ke aluminium.) Pada gilirannya, boom yang lebih panjang dengan struktur pendukung yang lebih besar mengharuskan petani membeli traktor yang lebih besar untuk membawa peralatan penyemprotan 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 peningkatan pemadatan tanah dan, sebagai akibatnya, mengurangi hasil panen. Selain itu, banyak bahan kimia pertanian menimbulkan korosi pada logam, dan boom yang lebih panjang memerlukan mekanisme pelipatan yang lebih rumit untuk penyimpanan boom. Akhirnya, boom baja mencapai batas praktis sekitar 36 meter (120 kaki) dari sisi ke sisi. Namun, pasar — khususnya di Amerika — menginginkan ledakan yang lebih lama.
Resesi memberikan peluang
Resesi Hebat tahun 2008 merupakan bencana besar bagi individu dan bisnis. King Marine milik keluarga yang berusia dua puluh tahun, yang memiliki fasilitas manufaktur di Picassent, Spanyol, dan Campana, Argentina, memasuki tahun 2008 dengan bisnis yang berkembang pesat yang memproduksi komponen CFRP — khususnya tiang — untuk yacht berperforma tinggi.
“Saat itulah resesi ekonomi di seluruh dunia dimulai, dan pasar laut mewah mengalami pukulan besar,” kenang Natalia Dacko, kepala administrasi Eropa dan audit internal di King Marine. “Penjualan kami turun drastis, dan kami berhenti membuat kapal. Kami berada dalam mode krisis karena perusahaan kami dalam bahaya. Kami memiliki banyak staf teknisi, insinyur, dan spesialis — semuanya ahli dalam [komposit] serat karbon. Pertanyaan besarnya adalah, 'Apa yang akan kita lakukan sekarang?'” King Composite S.L. dibuat untuk menjelajahi aplikasi CFRP non-laut.
Lebih lama dari sebelumnya. Boom komposit memiliki kemampuan untuk membuka dan memanjang agar mudah digunakan. Sumber | Deere &Co.
Solusi tak terduga untuk kekhawatiran perusahaan datang pada tahun 2009 dari seorang Argentina yang perusahaannya sendiri memproduksi sistem penyemprot pertanian. Pria itu frustrasi tentang masalah yang mengganggu booming logamnya. “Dia memberi tahu kami bahwa dia ingin boom lebih ringan, lebih panjang, bebas dari kelelahan, tahan korosi, dan mudah diperbaiki,” kenang Dacko. Meskipun King Composite tidak memiliki pengalaman peralatan pertanian sebelumnya, sebuah tim membuat prototipe CFRP, dan perusahaan Argentina menyukainya, memulai bisnis King Composite yang berkembang dengan OEM peralatan pertanian di Argentina. King Composites akhirnya akan berganti nama menjadi King Agro SL.
Seiring dengan berkembangnya bisnis penyemprot komposit, King Agro dikenal karena produk-produknya yang inovatif dan berkualitas. Setelah beberapa tahun, keberhasilannya diperhatikan oleh seorang pemimpin peralatan pertanian yang berjuang dalam pertempuran boom penyemprotnya sendiri. Anggota tim teknik dari Deere &Co. (Moline, Ill., A.S.) bertemu dengan King Agro pada tahun 2015 untuk membahas peluang, dan segera King Agro memproduksi dan mendistribusikan booming CFRP untuk merek John Deere.
Generasi baru, permutasi baru
“Kami mulai dengan desain dan rekomendasi King Agro, ditambah apa yang telah dikembangkan Deere, dan ternyata cukup dapat diterapkan,” jelas Phillip Ferree, manajer umum King Agro. “Pertama, tim gabungan kami membuat beberapa perubahan untuk meningkatkan keandalan dan daya tahan untuk pasar Amerika Selatan dan meluncurkan produk tersebut pada tahun 2015. Secara bersamaan, kami mulai merancang produk generasi kedua untuk Amerika Utara dan Eropa. Untuk memenuhi peraturan setempat, kami membutuhkan fungsionalitas yang berbeda dalam hal-hal seperti daya tahan dan benturan, yang mengharuskan menerjemahkan spesifikasi logam ke dalam desain komposit.” Produk-produk tersebut dikomersialkan pada tahun 2017.
“Selama pertemuan pertama kami, kami menghabiskan tiga jam hanya untuk membahas berbagai fitur penyemprot di Amerika Utara dan Selatan,” kenang Thomas Bartlett, supervisor teknik produk penyemprot Deere. “Mereka tidak hanya menggunakan pola lipat yang berbeda — ada 20 cara berbeda untuk melipat sistem ini tergantung pada pasar dan peraturan — tetapi kondisi pertanian juga berbeda. Di Brasil, mereka menggunakan pertanian tanpa pengolahan. Di Amerika Utara, itu lebih terbatas sampai dengan praktik pertanian yang berbeda dan lebih banyak peraturan. Eropa memiliki perbedaan lebih lanjut dan pertanian yang jauh lebih kecil. Mereka menyimpan bahan kimia mereka secara terpusat, jadi penyemprot dibawa ke depot untuk diisi ulang daripada membawa bahan kimia ke ladang untuk diisi ulang seperti yang kita lakukan di Amerika.” Selain itu, di beberapa geografi, pipa ledeng membawa cairan dari tangki ke nozel melalui lengan, tetapi di lokasi lain, pipa mengalir di bawah lengan. Tantangan lainnya adalah berapa lama untuk memperpanjang boom, karena menambahkan meteran lain di sini atau di sana tidak selalu memberikan solusi yang bisa diterapkan. Sebagai gantinya, para insinyur harus mempertimbangkan bagaimana tanaman ditanam di setiap geografi dan jarak antara dan di dalam baris.
Dilipat untuk memudahkan penyimpanan. Boom arm stow untuk memudahkan perjalanan antara ladang dan penyimpanan peralatan. Sumber | Deere &Co.
Boom memiliki beberapa struktur tubular komposit dengan penampang persegi yang, pada gilirannya, dihubungkan melalui "ujung" khusus yang terhubung ke sistem pengiriman cairan. Fitur yang dirancang khusus yang dicetak ke dalam struktur utama menyediakan komponen dengan fungsionalitas yang diperlukan untuk membuka/menutup secara hidraulik dan membawa cairan di bawah tekanan tinggi. “Dengan hidraulik, kami dapat mengintegrasikan banyak fitur yang kami butuhkan sehingga kami dapat menggabungkan berbagai hal dan menciptakan desain yang lebih sederhana secara keseluruhan,” tambah Bartlett. Deere mengharuskan boom menyebar/menyimpan dalam waktu kurang dari 1 menit dan cairan dikirim dalam waktu dua detik setelah memulai pompa.
Semua komposit menggunakan matriks epoksi dan dikemas dalam kantong vakum dan dikeringkan dengan autoklaf. Kombinasi penguat karbon dan kaca digunakan tergantung pada apakah komponen memerlukan kekuatan yang lebih tinggi atau dampak yang lebih tinggi. Sebagian besar serat karbon adalah tow 24K tetapi dalam berbagai format, mulai dari tenunan searah hingga tenunan kepar untuk lapisan tampilan luar dengan lapisan lapisan bening. Di sambungan dan lokasi di mana hidraulik berinteraksi, di mana diperlukan lebih banyak kekuatan dan kekakuan, digunakan struktur yang lebih berat dengan lebih banyak lapisan. Tergantung pada model dan pasar, volume produksi berkisar dari 100 hingga 1.000 sistem per tahun. King Agro memperkirakan bahwa pada tahun 2017, total pasar global untuk penyemprot self-propelled adalah 14.000 unit/tahun.
“Memasuki program ini, target kami adalah memperpanjang boom hingga 40 meter tetapi dengan massa 30% lebih rendah, karena bobot sangat penting,” catat Jonathan Nelson, insinyur desain boom sprayer komposit Deere. “Saat Anda menggantung beban besar di bagian depan atau belakang alat berat, Anda melawan inersia, jadi jauh lebih sulit untuk menyeimbangkan beban antara gandar depan dan belakang. Kami juga ingin meningkatkan ketahanan korosi, tetapi juga harus mempertimbangkan korosi galvanik dengan adanya serat karbon. Persyaratan lain adalah untuk dampak yang lebih tinggi karena Anda tidak akan pernah melihat penyemprot yang tidak mengenai sesuatu . Kami melakukan pengujian standar yang dikembangkan untuk logam yang melibatkan pemasangan boom ke tiang pagar selama beberapa ratus siklus.” Beban kerja dan kelelahan pada suku cadang sangat tinggi, karena peralatan bergerak dengan kecepatan 24-30 kilometer per jam [15-19 mil per jam] dan pipa ledeng melihat tekanan penyemprotan 276-414 KPa [40-60 psi].
Lebih ringan, lebih baik, lebih cepat
Setelah tiga tahun, kerjasama tersebut terbukti sangat bermanfaat sehingga pada tahun 2018, Deere mengakuisisi King Agro, yang sekarang membangun booming di fasilitasnya dan mengirimkannya ke pabrik John Deere di Des Moines, Iowa, AS, dan Horst, Belanda, untuk perakitan akhir. Kesepakatan tersebut dilaporkan memungkinkan King Agro untuk mempertahankan nama merek, merek dagang, dan hubungan komersialnya.
Manfaat boom yang lebih ringan. Boom yang lebih ringan berarti penghematan bahan bakar yang lebih baik, perawatan yang lebih rendah, lebar kerja yang lebih lebar, masa pakai yang lebih lama, biaya pengoperasian yang lebih rendah, kemudahan perbaikan di lapangan, dan efisiensi yang lebih baik dengan jalur alat berat yang lebih sedikit untuk volume panen yang lebih besar. Sumber | Deere &Co.
Konversi ke komposit telah memungkinkan booming melampaui 36 meter (120 kaki) hingga 40 meter (132 kaki). Dibandingkan dengan baja, CFRP enam kali lebih kuat, 5,5 kali lebih ringan, memberikan dampak lebih tinggi dan tidak menimbulkan korosi. Boom yang lebih ringan berarti penghematan bahan bakar yang lebih baik, perawatan yang lebih rendah, lebar kerja yang lebih lebar, masa pakai yang lebih lama, biaya pengoperasian yang lebih rendah, dan efisiensi yang lebih baik dengan jalur alat berat yang lebih sedikit untuk volume panen yang lebih besar. Manfaat lainnya adalah kemudahan perbaikan. “Dealer kami dapat menerima kegagalan besar, memotong komponen menjadi dua, menambahkan beberapa resin, menjepitnya dan membiarkannya sembuh dan mereka baik-baik saja,” tambah Nelson. “Ini sebenarnya lebih mudah diperbaiki daripada mengelas baja.”
“Bagian terbaiknya adalah manfaat pelanggan,” tambah Bartlett. “Dengan produk serat karbon, mereka bisa lebih produktif. Mereka bisa lebih lebar tanpa penalti berat, menutupi lebih banyak hektar, mengalami lebih sedikit pemadatan tanah, dan pengurangan tekanan tanah secara positif memengaruhi hasil.”
Ferree setuju:“Dari sudut pandang desain, komposit memungkinkan kami melakukan hal-hal yang tidak dapat kami lakukan dengan material saat ini, yang berada pada batas struktural dan lebarnya,” jelasnya. “Kami telah mengalami transisi yang solid dari penawaran baja kami ke penawaran CFRP premium kami — khususnya di Amerika — karena kami menghadirkan produktivitas yang lebih tinggi, yang di segmen ini lebih lebar. Boom yang lebih ringan dan lebih lebar dapat dipasang pada traktor yang lebih kecil dan lebih murah. Atau, lebih banyak cairan dapat dibawa pada traktor tertentu sambil mempertahankan massa yang sama. Either way, keseimbangan pemuatan antara gandar depan dan belakang ditingkatkan dan pusat massa lebih dekat ke pusat alat berat, meningkatkan pengendaraan bagi operator.”
“Kami memang melihat aplikasi serat karbon dalam produk lain,” prediksi Aaron Wetzel, wakil presiden, platform perawatan tanaman Deere ag &rumput. “Di tahun-tahun mendatang, kami akan menjajaki peluang tambahan di mana bobot yang ringan dan kemampuan yang lebih kuat dari baja akan menambah nilai tambah produk kami bagi pelanggan kami.”
