より長いスプレーヤーブームアームの需要により、農業機械での複合材が可能になります

農業需要への対応。 農業機械市場で成長している複合材料の用途は、液体化学物質を作物に適用するために使用される自走式噴霧装置用のブームアームです。ソース| Deere＆Co。

北米、アルゼンチン、ブラジルなどの地域の隣接する農地が統合のおかげで大きくなり、特定の地域で不耕起栽培が増えるにつれて、農家は、ますますカバーするために必要なパスの数を減らすために、より長いブームアームを備えた噴霧器システムを望んでいますより大きなフィールド。これにより、土壌の締固めが減少し、生産性と収穫量が増加します。

このニーズに応えて、皮肉なことに、航空宇宙グレードの炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を使用して複合ボート部品を製造することをコアビジネスとしていたKing Marine SA（スペイン、バレンシア）のアルゼンチン部門は、他の市場で複合材料の専門知識を活用しました。自走式噴霧装置用の新しい噴霧器ブームアームを開発する。使用中、ブームアームは展開し、トラクターの主軸に垂直に伸び、農民が液体化学物質（殺虫剤、除草剤、肥料など）を作物に適用できるようにします。使用後は、柵の支柱に絡まないように、また農民が道路を運転できるように、トラクターの本体に沿って折りたたんで収納します。

金属の限界。 従来、鋼で製造されていたスプレーヤーブームアームは、ねじり荷重や疲労荷重の下でアームが曲がらないようにするために必要な大きな支持構造により、実用的な構造と幅の限界に達していました。ソース| Deere＆Co

ブームは長い間鋼で製造されてきましたが、長さが長くなるにつれて、ねじりや疲労の負荷の下、およびフェンス、樹木、その他の構造物との意図しない衝撃の際にアームが曲がらないようにするために、より大きな支持構造が必要になりました。 （高い疲労荷重がブームがアルミニウムに移行しなかった理由です。）次に、より大きな支持構造を備えたより長いブームは、より重い噴霧装置とより多くの液体を保持するより大きなタンクを運ぶために、より大きなトラクターを購入する必要がありました。ただし、1つの問題を解決する際に、機器が重いと土壌の締固めが増加し、その結果、作物の収穫量が減少します。さらに、多くの農薬は金属を腐食させ、ブームが長くなると、ブームを収納するためのより複雑な折り畳みメカニズムが必要になります。最終的に、鋼製ブームは、左右に約36メートル（120フィート）の実用的な限界に達しました。それでも、特に南北アメリカの市場は、より長いブームを望んでいました。

不況は機会を提供します

2008年の大不況は、個人と企業の両方にとって壊滅的なものでした。スペインのピカセントとアルゼンチンのカンパーナに製造施設を持つ20歳の家族経営のキングマリンは、高性能ヨット用のCFRPコンポーネント、特にマストを製造する急成長中のビジネスで2008年に入りました。

「世界的な景気後退が始まり、高級海洋市場が大打撃を受けたのはその時です」と、キングマリンの欧州管理責任者兼内部監査担当のナタリア・ダッコは回想します。 「私たちの売り上げは劇的に落ち込み、ボートの製造をやめました。私たちの会社が危機に瀕していたため、私たちは危機的状況にありました。技術者、エンジニア、専門家の大規模なスタッフがいました。全員が炭素繊維[複合材料]の専門家でした。大きな問題は、「これから何をするのか」ということでした。KingCompositeS.L.非海洋CFRPアプリケーションを調査するために作成されました。

これまで以上に長くなりました。 複合ブームは、簡単に使用できるように展開および拡張する機能を備えています。ソース| Deere＆Co。

同社の懸念に対する予想外の解決策は、2009年に、自社が農業用噴霧器システムを製造しているアルゼンチン人からもたらされました。男は彼の金属ブームを悩ませている問題に不満を持っていた。 「彼は、ブームをより軽く、より長く、疲労がなく、耐食性があり、修理が容易であることを望んでいると私たちに言いました」とダッコは回想します。 King Compositeはこれまで農業機械の経験がありませんでしたが、チームがCFRPプロトタイプを作成し、アルゼンチンの会社はそれを気に入って、アルゼンチンの農業機械OEMとのKingCompositeの成長するビジネスを開始しました。 King Compositesは、最終的にKing AgroSLに名前が変更されます。

複合スプレーヤーブームのビジネスが成長するにつれて、キングアグロはその革新的で高品質な製品で知られるようになりました。数年後、その成功は、独自の噴霧器ブームの戦いを戦っている農業機械のリーダーによって注目されました。 Deere＆Co。（Moline、IL、U.S。）のエンジニアリングチームメンバーは、2015年にKing Agroと会い、機会について話し合いました。まもなく、KingAgroはJohnDeereブランドのCFRPブームを製造および配布しました。

新しい世代、新しい順列

「私たちはキングアグロのデザインと推奨事項に加えて、ディアが開発したものから始め、それらがかなり適用可能であることがわかりました」とキングアグロのゼネラルマネージャーであるフィリップフェリーは説明します。 「まず、共同チームは南米市場の信頼性と耐久性を向上させるためにいくつかの変更を加え、2015年にそれらの製品を発売しました。同時に、北米とヨーロッパ向けの第2世代製品の設計を開始しました。地域の規制を満たすために、耐久性や衝撃などのさまざまな機能が必要でした。これには、金属仕様を複合設計に変換する必要がありました。」これらの製品は2017年に商品化されました。

「最初の会議では、北米と南米の噴霧器のさまざまな機能について話し合うために3時間費やしました」と、Deere噴霧器製品エンジニアリングスーパーバイザーのThomasBartlett氏は振り返ります。 「それらは異なる折り畳みパターンを使用するだけでなく、市場や規制に応じてこれらのシステムを折り畳むための20の異なる方法がありますが、農業条件も異なります。ブラジルでは、不耕起栽培を利用しています。北米では、さまざまな農業慣行とより多くの規制が適用されるまで、それはより制限されています。ヨーロッパにはさらに違いがあり、農場ははるかに小さいです。彼らは化学物質を一元化しておくので、アメリカ大陸のように化学物質を補充のために畑に持ち出すのではなく、噴霧器を補充のために倉庫に運びます。」さらに、一部の地域では、配管がタンクからアームを介してノズルに液体を運びましたが、他の場所では、配管がアームの下を流れていました。さらに別の課題は、ブームをどれだけ延長するかでした。ここに別のメーターを追加しても、必ずしも実行可能なソリューションが提供されるとは限らないためです。代わりに、エンジニアは、各地域で作物がどのように植えられているか、および列の間と列内の距離を考慮する必要がありました。

簡単に保管できるように折りたたまれています。 ブームアームは、フィールド間の移動と機器の保管を容易にするために収納されます。ソース| Deere＆Co。

ブームは、正方形の断面を持つ複数の複合管状構造を特徴としており、これらは、流体供給システムに接続する特別な「端」を介して接続されています。主な構造に成形された特別に設計された機能は、油圧で流体を開閉し、高圧下で流体を運ぶために必要な機能を備えたコンポーネントを提供します。 「油圧を使用することで、必要な多くの機能を統合して、物事をまとめ、全体としてより単純な設計を作成することができました」とバートレット氏は付け加えます。 Deereでは、ブームが1分以内に展開/収納され、ポンプを始動してから2秒以内に液体が供給される必要があります。

すべての複合材料はエポキシマトリックスを使用しており、真空バッグに入れられ、オートクレーブで硬化されます。コンポーネントがより高い強度またはより高い衝撃を必要とするかどうかに応じて、カーボンとガラスの補強材の組み合わせが使用されます。カーボンファイバーのほとんどは24Kトウですが、一方向からツイル織りまでさまざまなフォーマットで、クリアコート仕上げの外観レイヤーを実現しています。より多くの強度と剛性が必要な、油圧が相互作用するジョイントや場所では、より多くの層を備えたより重い構造が使用されます。モデルと市場に応じて、生産量は年間100〜1,000システムの範囲です。キングアグロは、2017年の自走式噴霧器の世界市場全体は14,000台/年であると推定しています。

「このプログラムに入ると、私たちの目標はブームを40メートルまで伸ばすことでしたが、重量が非常に重要だったため、質量を30％減らしました」とDeere複合噴霧器ブーム設計エンジニアのJonathanNelson氏は述べています。 「機械の前部または後部に大きな質量をぶら下げると、慣性と戦うことになります。そのため、前車軸と後車軸の間で負荷のバランスを取るのが非常に難しくなります。また、耐食性を向上させたいと考えましたが、炭素繊維の存在下でのガルバニック腐食も考慮する必要がありました。もう1つの要件は、何かに当たっていない噴霧器が表示されないため、より高い影響を与えることでした。 。ブームをフェンスの支柱に数百サイクル走らせることを含む、金属用に開発された標準化されたテストを引き継ぎました。」機器は時速24〜30 km [15〜19マイル/時]で移動し、配管では276〜414 KPa [40〜60 psi]の噴霧圧力が発生するため、部品の作業負荷と疲労は驚くほど高くなります。

より軽く、より良く、より速く

3年後、コラボレーションは実り多いものとなり、2018年にディアはキングアグロを買収しました。キングアグロは現在、施設でブームを構築し、最終組み立てのために米国アイオワ州デモインとオランダのホルストにあるジョンディア工場に出荷しています。伝えられるところによると、この取引により、キングアグロはそのブランド名、商標、および商業的関係を維持することができます。

ブームの軽量化のメリット。 ブームが軽いということは、燃料経済性が向上し、メンテナンスが少なくなり、作業幅が広くなり、耐用年数が長くなり、運用コストが低くなり、現場での修理が容易になり、機械の跡が少なくなり、収穫量が増えるため効率が向上します。ソース| Deere＆Co。

複合材に変換することで、ブームを36メートル（120フィート）から40メートル（132フィート）まで伸ばすことができました。鋼と比較して、CFRPは6倍強く、5.5倍軽く、衝撃が大きく、腐食しません。ブームが軽いということは、燃料経済性が向上し、メンテナンスが少なくなり、作業幅が広くなり、耐用年数が長くなり、運用コストが低くなり、機械の跡が少なくて効率が良くなり、収穫量が増えることを意味します。もう1つの利点は、修復可能性です。 「私たちのディーラーは、壊滅的な障害を起こし、コンポーネントを半分にカットし、樹脂を追加し、クランプして硬化させることができます。これで問題ありません」とネルソン氏は付け加えます。 「実際には、鋼を溶接するよりも修正が簡単です。」

「最良の部分は顧客の利益です」とバートレットは付け加えます。 「炭素繊維製品を使用すると、生産性が向上します。それらは、重量ペナルティなしで広くなり、より多くのエーカーをカバーし、土壌の締固めが少なくなり、接地圧の低下が収量にプラスの影響を与えます。」

フェリーは同意します。「設計の観点から、複合材料は、構造と幅の限界にあった現在の材料ではできないことを可能にします」と彼は説明します。 「特に南北アメリカでは、鉄鋼製品からプレミアムCFRP製品への移行が確実に進んでいます。これは、このセグメントでは幅が広いため、生産性が向上するためです。軽量で幅の広いブームは、小型で低コストのトラクターに取り付けることができます。または、同じ質量を維持しながら、特定のトラクターでより多くの液体を運ぶことができます。いずれにせよ、フロントアクスルとリアアクスルの間の負荷バランスが改善され、重心がマシンの中心に近くなり、オペレーターの乗り心地が向上します。」

「他の製品にも炭素繊維の用途が見られます」と、Deere ag＆turf作物ケアプラットフォーム担当副社長のAaronWetzel氏は予測しています。 「今後数年間で、軽量で鋼よりも強力な機能がお客様の製品に付加価値をもたらす追加の機会を模索します。」