더 긴 분무기 붐 암에 대한 수요는 농업 장비의 합성물을 가능하게 합니다.

농업 수요 충족. 농업 장비 시장에서 복합 재료 응용이 증가하고 있는 것은 농작물에 액체 화학 물질을 적용하는 데 사용되는 자체 추진 분무 장비용 붐 암입니다. 출처 | 디어앤컴퍼니

북미, 아르헨티나 및 브라질과 같은 지역의 인접 농업 분야가 통합 덕분에 더 크게 성장하고 특정 지역에서 무경운 농업이 증가함에 따라 농부들은 점점 더 많은 농경지를 덮는 데 필요한 통과 수를 줄이기 위해 더 긴 붐 암이 있는 분무기 시스템을 원합니다. 더 큰 필드. 이것은 또한 토양 압축을 줄여 생산성과 작물 수확량을 증가시킵니다.

이러한 요구에 부응하여, 아이러니하게도 항공우주 등급 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용하여 복합 보트 부품을 제조하는 핵심 사업을 핵심 사업으로 하는 King Marine SA(스페인 발렌시아)의 아르헨티나 지부는 복합 재료 전문 지식을 다른 시장에서 사용했습니다. 자체 추진 분무 장비를 위한 새로운 분무기 붐 암을 개발합니다. 사용 시 붐 암이 펼쳐져 트랙터의 주축에 수직으로 확장되어 농부가 액체 화학 물질(예:살충제, 제초제 및 비료)을 작물에 적용할 수 있습니다. 사용 후에는 트랙터 본체를 따라 접어서 보관하여 울타리 기둥과 얽히는 것을 방지하고 농부가 도로에서 운전할 수 있도록 합니다.

금속의 한계. 전통적으로 강철로 생산된 분무기 붐 암은 비틀림 및 피로 하중 하에서 암이 구부러지지 않도록 유지하는 데 필요한 큰 지지 구조로 인해 실제 구조 및 너비 제한에 도달했습니다. 출처 | 디어앤코

붐은 오랫동안 강철로 생산되었지만 길이가 늘어남에 따라 비틀림 및 피로 하중과 울타리, 나무 및 기타 구조물과의 의도하지 않은 충돌 중에 팔이 구부러지지 않도록 더 큰 지지 구조물이 필요했습니다. (높은 피로 하중 때문에 붐이 알루미늄으로 전환되지 않았습니다.) 결과적으로 더 큰 지지 구조를 가진 더 긴 붐으로 인해 농부들은 더 무거운 분무 장비를 운반하기 위해 더 큰 트랙터와 더 많은 양의 액체를 담을 수 있는 더 큰 탱크를 구입해야 했습니다. 그러나 한 가지 문제를 해결함에 있어 더 무거운 장비는 토양 압축을 증가시키고 결과적으로 작물 수확량을 감소시킵니다. 또한 많은 농약이 금속을 부식시키며 긴 붐은 붐 보관을 위해 더 정교한 접는 메커니즘을 필요로 합니다. 결국 강철 붐은 좌우로 약 36미터(120피트)의 실제 한계에 도달했습니다. 그럼에도 불구하고 시장, 특히 미주 지역은 더 긴 호황을 원했습니다.

불황은 기회를 제공합니다

2008년의 대공황은 개인과 기업 모두에게 재앙이었습니다. 가족 소유의 20세 King Marine은 스페인의 Picassent와 아르헨티나의 Campana에 제조 시설을 갖추고 있으며 고성능 요트용 CFRP 구성 요소, 특히 마스트를 생산하는 호황을 누리며 2008년에 들어섰습니다.

King Marine의 유럽 행정부 책임자이자 내부 감사인 Natalia Dacko는 "그때 전 세계적으로 경기 침체가 시작되었고 고급 해양 시장이 큰 타격을 입었습니다."라고 회상합니다. “매출이 급격히 떨어졌고 보트 건조를 중단했습니다. 우리 회사가 위기에 처했기 때문에 우리는 위기 상태에 있었습니다. 우리는 기술자, 엔지니어 및 전문가로 구성된 많은 직원을 보유하고 있었습니다. 모두 탄소 섬유[복합재] 전문가였습니다. 가장 큰 질문은 '이제 무엇을 할 것인가?'였습니다.” King Composite S.L. 비 해양 CFRP 응용 프로그램을 탐색하기 위해 만들어졌습니다.

그 어느 때보다 오래되었습니다. 복합 붐은 쉽게 사용하기 위해 펼치고 확장할 수 있는 기능이 있습니다. 출처 | 디어앤컴퍼니

회사의 우려에 대한 예상치 못한 해결책은 2009년에 자신의 회사에서 농업용 분무기 시스템을 제조한 아르헨티나인으로부터 나왔습니다. 그 남자는 금속 붐을 괴롭히는 문제에 대해 좌절했습니다. Dacko는 "그는 붐이 더 가볍고 더 길고 피로하지 않고 부식되지 않고 수리하기 쉬운 것을 원한다고 말했습니다."라고 회상합니다. King Composite는 이전에 농기구 경험이 없었지만 팀이 CFRP 프로토타입을 제작했으며 아르헨티나 회사가 이를 좋아하여 King Composite가 아르헨티나의 농기구 OEM과 함께 성장하는 비즈니스를 시작했습니다. King Composites는 결국 King Agro SL로 이름이 변경됩니다.

복합 분무기 붐의 사업이 성장함에 따라 King Agro는 혁신적이고 고품질의 제품으로 유명해졌습니다. 몇 년 후, 농기계 선두업체가 자체 분무기 붐과의 싸움에서 성공을 알렸습니다. Deere &Co.(미국 일리노이주 몰린)의 엔지니어링 팀 구성원은 2015년에 King Agro를 만나 기회에 대해 논의했으며 곧 King Agro는 John Deere 브랜드를 위한 CFRP 붐을 생산 및 배포하고 있었습니다.

새로운 세대, 새로운 순열

King Agro의 총책임자인 Phillip Ferree는 "King Agro의 디자인과 권장 사항, 그리고 Deere가 개발한 것부터 시작하여 상당히 적용 가능하다는 것을 알게 되었습니다."라고 설명합니다. “첫째, 우리 공동 팀은 남미 시장의 신뢰성과 내구성을 향상시키기 위해 몇 가지 변경 사항을 적용하고 2015년에 해당 제품을 출시했습니다. 동시에 북미와 유럽을 위한 2세대 제품을 설계하기 시작했습니다. 현지 규정을 충족하기 위해 내구성 및 충격과 같은 다른 기능이 필요했으며 이를 위해 금속 사양을 복합 디자인으로 변환해야 했습니다." 2017년에 상용화된 제품입니다.

Deere 분무기 제품 엔지니어링 감독자 Thomas Bartlett는 "첫 번째 회의에서 북미와 남미의 분무기의 다양한 기능에 대해 3시간 동안 논의했습니다."라고 회상합니다. “시장과 규정에 따라 접는 방법이 20가지나 될 뿐 아니라 접는 패턴이 다를 뿐 아니라 농사 환경도 다릅니다. 브라질에서는 무경운 농업을 사용합니다. 북미에서는 다른 농업 관행과 더 많은 규제가있을 때까지 더 제한적입니다. 유럽에는 더 많은 차이점과 훨씬 더 작은 농장이 있습니다. 그들은 화학 물질을 중앙 집중식으로 유지하므로 우리가 아메리카에서 하는 것처럼 화학 물질을 리필을 위해 현장으로 가져가는 대신 스프레이어가 리필을 위해 창고로 가져옵니다.” 또한 일부 지역에서는 배관이 탱크에서 암을 통해 노즐로 액체를 운반했지만 다른 지역에서는 배관이 암 아래로 흘러갔습니다. 또 다른 문제는 붐을 연장하는 데 걸리는 시간이었습니다. 여기 저기에 다른 미터를 추가한다고 해서 반드시 실행 가능한 솔루션이 제공되는 것은 아니기 때문입니다. 대신 엔지니어들은 각 지역에서 작물을 심는 방법과 줄 사이 및 줄 사이의 거리를 고려해야 했습니다.

접이식으로 보관이 간편합니다. 붐 암은 현장과 장비 보관 사이의 이동을 용이하게 합니다. 출처 | 디어앤컴퍼니

붐은 유체 전달 시스템에 연결되는 특수 "끝"을 통해 차례로 연결되는 정사각형 단면의 다중 복합 관형 구조를 특징으로 합니다. 주요 구조에 몰딩된 특수 설계된 기능은 유압식으로 열고 닫고 고압에서 유체를 운반하는 데 필요한 기능을 구성 요소에 제공합니다. Bartlett은 "유압을 사용하여 필요한 많은 기능을 통합할 수 있었기 때문에 모든 것을 통합하고 전체적으로 보다 단순한 디자인을 만들 수 있었습니다."라고 덧붙입니다. Deere는 붐이 1분 이내에 전개/보관되어야 하고 펌프를 시작한 후 2초 이내에 유체가 전달되어야 합니다.

모든 복합 재료는 에폭시 매트릭스를 사용하며 진공 포장되고 오토클레이브 경화됩니다. 구성 요소에 더 높은 강도 또는 더 높은 충격이 필요한지 여부에 따라 탄소 및 유리 보강재의 조합이 사용됩니다. 대부분의 탄소 섬유는 24K 토우이지만 단방향에서 투명 코팅 마감 처리된 외관 레이어용 능직에 이르기까지 다양한 형식이 있습니다. 유압이 상호 작용하는 조인트 및 위치, 더 많은 강도와 ​​강성이 필요한 위치에서는 더 많은 플라이가 있는 더 무거운 구조가 사용됩니다. 모델 및 시장에 따라 연간 생산량은 100~1,000개입니다. King Agro는 2017년에 자체 추진 분무기의 전체 세계 시장이 연간 14,000대라고 추정합니다.

Deere 복합 분무기 붐 설계 엔지니어인 Jonathan Nelson은 "이 프로그램에 들어갈 때 우리의 목표는 붐을 40미터까지 확장하되 무게는 30% 더 낮추는 것이었습니다. 무게가 매우 중요했기 때문입니다."라고 말합니다. “기계의 앞이나 뒤에 큰 덩어리를 걸면 관성과 싸워서 앞 차축과 뒤 차축 사이의 하중 균형을 맞추기가 훨씬 더 어렵습니다. 우리는 또한 내식성을 개선하고 싶었지만 탄소 섬유가 있는 상태에서 갈바닉 부식도 고려해야 했습니다. 또 다른 요구 사항은 무언가에 부딪히지 않은 분무기를 본 적이 없기 때문에 더 높은 영향을 주어야 한다는 것이었습니다. . 우리는 수백 사이클 동안 붐을 울타리 기둥에 밀어 넣는 것과 관련된 금속에 대해 개발된 표준화된 테스트를 수행했습니다.” 장비가 시간당 24-30킬로미터[15-19마일]로 이동하고 배관 작업에서 276-414KPa[40-60psi]의 분무 압력을 확인하기 때문에 부품의 작업 부하와 피로도는 놀라울 정도로 높습니다.

더 가볍고, 더 좋고, 더 빠르게

3년 후, 협력이 매우 결실을 맺어 2018년에 Deere는 King Agro를 인수했습니다. 이 회사는 현재 시설에 붐을 구축하고 최종 조립을 위해 미국 아이오와주 디모인과 네덜란드 Horst에 있는 John Deere 공장으로 배송합니다. 이 거래를 통해 King Agro는 브랜드 이름, 상표 및 상업적 관계를 유지할 수 있다고 합니다.

가벼운 붐의 이점. 더 가벼운 붐은 더 나은 연비, 더 적은 유지보수, 더 큰 작업 폭, 더 긴 서비스 수명, 더 낮은 운영 비용, 더 쉬운 현장 수리 가능성 및 더 많은 수확량을 위한 더 적은 기계 트레일을 통한 더 나은 효율성을 의미합니다. 출처 | 디어앤컴퍼니

복합재로 전환하면 붐이 36미터(120피트)를 넘어 40미터(132피트)로 확장될 수 있습니다. 강철에 비해 CFRP는 6배 더 강하고 5.5배 더 가벼우며 더 높은 충격을 제공하고 부식되지 않습니다. 더 가벼운 붐은 더 많은 수확량을 위한 더 적은 기계 트레일과 함께 더 나은 연비, 더 낮은 유지보수, 더 넓은 작업 폭, 더 긴 서비스 수명, 더 낮은 운영 비용 및 더 나은 효율성을 의미합니다. 또 다른 이점은 수리 가능성입니다. "우리 딜러는 치명적인 실패를 감수하고 구성 요소를 반으로 자르고 약간의 수지를 추가하고 클램핑하고 경화되도록 두면 바로 사용할 수 있습니다."라고 Nelson이 덧붙입니다. "철판을 용접하는 것보다 실제로 고치는 것이 더 쉽습니다."

Bartlett은 “가장 좋은 점은 고객 혜택입니다. “탄소 섬유 제품을 사용하면 생산성을 높일 수 있습니다. 그들은 무게 감소 없이 더 넓어지고 더 많은 에이커를 덮고 더 적은 토양 압축을 경험할 수 있으며 지면 압력의 감소는 수확량에 긍정적인 영향을 미칩니다.”

Ferree는 다음과 같이 동의합니다. "설계 관점에서 복합 재료를 사용하면 구조적 및 너비 제한에 있는 현재 재료로는 할 수 없는 일을 할 수 있습니다."라고 그는 설명합니다. “특히 미주 지역에서 철강 제품에서 프리미엄 CFRP 제품으로 확고한 전환을 이루었습니다. 이 부문에서 더 넓은 생산성을 제공하기 때문입니다. 더 작고 저렴한 트랙터에 더 가볍고 넓은 붐을 설치할 수 있습니다. 또는 동일한 질량을 유지하면서 주어진 트랙터에 더 많은 액체를 운반할 수 있습니다. 어느 쪽이든 프론트 액슬과 리어 액슬 사이의 하중 균형이 개선되고 질량 중심이 장비의 중심에 더 가깝기 때문에 운전자의 승차감이 향상됩니다."

Deere 농업 및 잔디 작물 관리 플랫폼의 부사장인 Aaron Wetzel은 "다른 제품에서 탄소 섬유를 사용하는 것을 볼 수 있습니다."라고 예측합니다. "향후 몇 년 동안 우리는 가벼운 무게와 강철보다 강한 기능이 고객을 위해 제품에 부가 가치를 더할 수 있는 추가적인 기회를 모색할 것입니다."