붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 기초연구 (Ⅱ) - 국내 사과원의 수형의 높이 및 재배간격 -

오성길 ( Sungkil Oh ),최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

붐 방제기의 경우 붐에 노즐을 배치하여 작물에 근접한 위치에서 농약을 정밀 살포하며, 스피드 스프레이어와 다르게 농약의 낭비를 줄일 수 있으며, 농약의 살포량을 제어하기 쉬운 장점이 있다. 붐식 스피드 스프레이어 개발을 위한 설계 인자를 도출하기 위한 사전인자 조사로 국내 사과원의 사과재배 간격과 수형의 높이를 측정하였다. 측정지역은 재배면적이 큰 순으로 경상북도 안동, 영주, 의성, 청송, 경상남도 거창의 5개 시·군을 선정하였으며, 각 지역의 농업기술센터의 도움을 받아 재배가 많은 5개의 면·리의 과수원 5곳을 방문하여 사과원의 재배 방식을 조사하였다. 조사결과 대부분의 과수원이 FTA현대화 지원 사업을 통해 재배방식이 일정하게 이루어지고 있었으며, 5개 지역의 평균 열간거리는 3.78 m이며, 수형의 평균높이는 3.54 m 였다. 따라서 붐식 스피드 스프레이 의 약대 높이조절 장치는 수형의 높이를 이용하여 지상에서 노즐의 최상단부까지 최소 3.5 m가 되어야하며, 과수의 열간거리를 이용하여 스피드 스프레이의 노즐에서 과수까지 약액이 도달해야 하는 거리는 열간거리의 절반인 최소 1.89 m로 하여 붐식스피드 스프레이어를 개발하여야 할 것으로 판단된다.

고추 및 노지채소 수확작업 편이장치의 구동모터 선정

김영수 ( Yeongsu Kim ),장석근 ( Sukgeun Jang ),김지만 ( Jiman Kim ),최훤 ( Hwon Choi ),오성길 ( Sungkil Oh ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Teahan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1

노지 고추 수확작업은 100% 인력에 의존하고 있으며 7~9월에 걸쳐 5~6회의 다수의 작업이 수행되어 노동 강도가 크다. 또한 농촌의 고령화와 노동력 감소로 인하여 수확인력의 부족이 발생하고 있음에도 불구하고 시중에 유통되고 있는 고추 및 노지채소 수확작업 편이기기는 동력이 아닌 인력으로 이랑사이를 이동하며 작물을 수확하는 구조로 되어있다. 이는 노동 강도를 줄여주는 효과가 미미하기 때문에 동력이 수반된 편이장치가 필요하며 또한 적절한 모터 및 제어장치가 요구된다. 적절한 모터를 선정함에 있어서 영향을 주는 인자는 주행저항(RR)이며, 구성요소로는 구름마찰저항(Rr), 공기저항(RА), 등판저항(Rg), 가속저항(Ra)이 있으며, 다음과 같은 식으로 정의된다. 주행저항(RR)=구름마찰저항(Rr) +공기저항(RA) +등판저항(Rg) +가속저항(Ra) 구름마찰저항(Rr)= 구름마찰저항계수(μ) × 차량총중량(W) 등판저항(Rg) = 차량총중량(W) × Sinθ 공기저항(RА), 및 가속저항(Ra)은 1m/s 미만의 속도가 요구되기 때문에 무시할 수 있다. 동력원에서 최종 구동축으로 전달된 동력은 주행장치를 통하여 지면에 전달되고 이 동력에 의해 작업차의 주행장치에 추진력이 발생하며 주행장치의 추진력이 주행저항 이상이 될 때 작업차는 전진하게 된다. 따라서 작업차의 주행속도를 V(m/s), 전동기의 효율을μ_m, 동력전달효율을μ_TD 라고 하면 다음과 같은 식이 산출된다. 구름마찰계수를 0.3이라고 할 때 포장의 경사도와 작업차의 주행속도 변화에 따른 주행소요 동력을 비교하였다. 주행소요동력은 포장의 경사각과 주행속도의 증가와 더불어 증가한다. 고추 및 노지채소 수확작업편이장치의 작업시 요구되는 주행속도는 일반적으로 0.25m/s, 등반각은 5도이다. 이때 구동 전동기의 출력은 안전율을 고려하여 식에 의해 계산한 결과 1ps 으로 산출 되었다. 선정한 구동모터의 감속비는 7.18 : 1, 에너지의 효율은 78 %, 기동토크는14 N/m 이며, 축전지의 경우 구동모터에 기반 하여 구입이 간편하고 상용화 되어있는 연축전지를 사용하여 교체 및 수리가 간단하도록 하였다. 축전지는 12V 18Ah의 축전지 2개를 사용한다.

고추 및 노지채소 수확작업 편이장치의 해가림 장치개발

장석근 ( Sukgeun Jang ),김지만 ( Jiman Kim ),최훤 ( Hwon Choi ),김영수 ( Yeoungsu Kim ),오성길 ( Sungkil Oh ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Teahan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1

노지 고추 수확작업은 7~9월에 걸쳐 5~6회 수행되며 가장 더운 한 여름의 태양볕에 노출되어 장시간수확작업을 하며 노지채소 및 고추 수확작업시 자외선 과다 노출되어 악성흑생종, 광선각화증, 편평세포암 및 각종 피부암발생의 원인되기 때문에 적절한 해가림 장치의 설계가 필요하다. 해를 가려주는 장치에 사용되는 재질로는 우산 및 양산에 널리 사용되어지는 섬유로 폴리에스테르를 선정하였으며 두께로 우산의 재질로 많이 사용되는 75 denier을 채택하였다. 코팅의 종류로는 Foam, Milky, Silver, 폴리우레탄을 채택하여 섬유의 코팅 종류에 따른 차단 효과를 실험하였다. 실험방법으로서는 KS K 0850 텍스타일의 자외선 차단율 및 차단지수 시험방법에 의거 하여 실험하였다. 자외선 UV-A(365n/m), UV-B(315n/m) 측정장치는 자외선 센서, UV램프, 인디케이터로 구성된 측정기를 이용하였으며 각 재료별 5회 반복 실시하여 평균치를 산출 하였다. UV-A(365n/m) 측정값으로는 FOAM, MILKY코팅이 된 섬유재질이 KS의 우산 및 양산품질표시기준에 부합하여 해가림 장치에 사용이 적절하였으며 UV-B(315n/m) 파장 차단율 측정값으로는 KS의 우산 및 양산품질표시기준에 모두 부합되었다. 또한 해가림 장치는 태양고도에 따라 각도를 조절 가능한 형태로 설계하였으며 직사광선이 가장 강한 시간대인 10시부터 12시를 기준하여 틸팅의 최대 각도는 20도로 개발하였다. 또한 바람에 의한 날림현상을 방지하고 통풍효과를 높이기 위해서 해가림 장치의 섬유를 2중 구조로 설계하여 바람의 순환이 되게 하였다.

고추 및 노지채소 수확작업 편이 장치 개발

장석근 ( Sukgeun Jang ),김지만 ( Jiman Kim ),최훤 ( Hwon Choi ),오성길 ( Sungkil Oh ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

노지 고추재배는 ha당 전체 노동투하시간은 2.436시간이며 이중 수확작업이 전체 노동투하시간의 39%로 가장 많은 시간이 소요된다. 수확작업은 7~9월에 걸쳐 5~6회 수행되며 수확한 고추는 콘테이너에 담아 이랑사이에서 인력으로 운반되며 일정 수확량이 될 때까지 수확작업을 함으로서 작업자의 노동 강도가 크다, 또한 수확작업은 가장 더운 한 여름 시간대에 작업을 함으로 작업자는 과도한 자외선에 노출되며 이로 인하여 악성흑생종, 광선각화증, 편평세포암 등 각종 피부암의 발생가능성이 높아 작업 시 태양볕을 가려주는 장치가 절실히 요구된다. 기존의 고추수확 보조 작업대는 작업 의자가 고정되어 작업 효율이 저하되며 차대의 높이를 조절할 수 없어 키 큰 고추 수확에 부적합하고 특히 해가림장치는 태양 고도 추적형이 아니므로 해가림 면적이 좁아 해가림 효과가 미미하다. 이러한 점을 개선하기 위해 요구되는 설계인자로서는 고추수확 보조 작업대의 윤거, 바퀴의 높이, 의자의 높이, 해가림막의 폭 및 높이 등 실 상황에 부합하는 설계가 요구 된다. 설계인자를 구명하기 위하여 경북의 고추재배면적이 넓은 5개 지역을 선정, 지역의 두둑형상과 길이 및 폭, 고추작물의 높이, 폭을 조사하기 위하여 고추재배 농가를 방문하였다. 조사결과 고추 밭 이랑의 간격은 38~88cm, 두둑의 높이는 16~25cm로 나타났으며, 고추작물의 높이는 65~130cm 폭은 50~140cm로 나타났다. 위 결과를 토대로 고추수확 보조 작업장치의 윤거 40~45cm로 선정, 바퀴의 높이는 두둑의 높이를 고려하여 30cm로 선정하였다. 의자의 높이는 고추작물 높이와 중년여성(50~59세) 신체치수 중 앉은 오금높이, 앉은 눈높이 평균치수를 고려하여 의자높이를 40cm로 선정하였고 의자의 높낮이조절은 앉은 오금높이와 앉은 눈높이의 표준편차의 합을 고려하여 ±14cm의 높낮이 조절이 가능하도록 한다. 해가림의 높이는 고추작물 높이와 두둑의 높이를 고려하여 높이 180cm, 폭 300cm로 선정하였으나 바람의 저항으로 인하여 수확작업에 부적합할 것으로 판단되어 이에 폭은 200cm로 설정하되 해가림 장치를 태양고도에 따라 조절 가능한 형태로 개발하고자 하였다.

모터 구동형 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치 개발

장석근 ( Sukgeun Jang ),김지만 ( Jiman Kim ),최훤 ( Hwon Choi ),오성길 ( Sungkil Oh ),임학규 ( Hackkyu Lim ),김태한 ( Teahan Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

본 연구에서는 노지에서도 부녀자 및 고령자의 신체구조를 고려하여 장치를 제작하고, 고추 수확과 수확한 고추를 운반 시 쉽게 이동할 수 있도록 동력장치를 부착하여 편리하게 작물을 수확 및 운반하는 모터 구동형 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치를 개발하여 장시간 야외 작업을 하는 작업자의 작업피로도를 경감과 수확량을 증대 시키는데 의의를 두고 편이장치를 설계하였다. 또한 노지 고추 및 과채류 작물 수확시 선회를 자유롭게 할 수 있도록 축거의 길이를 최소화 하며, 또한 밭의 이랑을 자유롭게 이동할 수 있도록 차체의 폭을 최소화 하여 제작하는 것과 알류미늄 제질을 이용하여 유사시 완력을 이용하여 기체를 움직일 수 있도록 하는데 주안을 두고 제작을 진행하였다. 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치는 기존에 출시되어 사용되어 지고 있는 수동형 편이작업 수확기와 비교해 앞 바퀴의 윤거를 기존 27 cm에서 16 cm로, 뒷바퀴의 윤거를 28 cm에서 26.5 cm로 줄였으며 축거는 90 cm에서 75 cm로 줄여 밭에서 이동이 용이하게 설계하였고 조이스틱을 활용하여 조작이 편리하게 제작하였다. 또한 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치 후방에 탑재대를 설치하여 수확작업시 수확된 작물을 여러번 나르는 번거로움을 해소하여 노동강도를 경감할 수 있도록 제작하였으며 이를 토대로 제작된 프로토타입의 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치를 이용하여 수확량 측정 및 작업자세를 평가하였다. 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치의 수확량 측정은 2주간에 걸쳐 1시간 동안 5회 반복 수확작업을 실시하여 비교 하였으며 결과로서 관행의 수동 방식의 편이작업기를 이용하였을 경우 시간당 11%의 작업 효율이 있었음을 확인하였으며 모터 구동형 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치를 이용하여 수확작업시 수동 방식의 편이작업기의 작업효율과 근사하게 나타났다. 또한 노지 고추 수확작업을 REBA 평가표를 활용하여 작업자세를 평가하였으며, 결과는 인력을 이용한 수확작업의 최종점수는 5점으로 평가되어 Risk level에서 보통, 즉 조치가 필요한 것으로 평가되었다. 반면 수동형 고추수확작업 편이장치에서는 Risk level에서 낮음수준을 나타내었으며 그 결과값은 조치가 필요할 수 도 있음을 나타내었고 모터 구동형 노지 고추 및 과채류 수확작업 편이장치는 결과값이 1로 나타나 조치가 필요없음을 확인하였으며 구동형 편이장치를 사용하였을 때 작업자의 편이성이 증대가 되었음을 확인하였다.

옥수수 수확기 개발을 위한 기초연구 (Ⅰ) - 옥수수 재배양식 조사 -

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),오성길 ( Sungkil Oh ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

옥수수는 식용 작물로 사용될 뿐 아니라 축산용 사료에로 손꼽히는 작물이다. 현재 개발되어진 수확기의 경우 대부분이 트랙터의 후방에 수확기를 장착하여 후진하면서 예취를 하고 예취된 옥수수는 트랙터의 전방에 함지를 부착하여 사용하고 있다. 이러한 작업은 운전자가 주행 시 전방함지 때문에 시야를 가려 사고위험이 있을 뿐 아니라, 후방에 예취날이 부착되어 있어 작업 시 후방으로 진행하면서 운전자가 장시간 뒤를 돌아보면서 작업하므로 작업에서 오는 후유증이 심각한 상태이다. 또한 이러한 작업환경을 개선하기 위하여 전방PTO 트랙터를 구입 시 고가의 수입트랙터에 의존해야 하는 실정이다. 따라서 국내 옥수수재배실정에 맞는 수확기 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 예취부의 설계인자 도출을 위하여 경북 고령군의 옥수수 재배농가 4지역을 방문하여 옥수수 재배 시 조간간격, 주간간격을 측정하였고 수확 후 그루터기의 직경과, 절단높이, 단위면적당 재배수량을 측정하였다. 측정결과 재배되는 옥수수의 조간간격은 250 mm, 주간간격은 평균 902 mm이다. 수확 후 그루터기의 옥수수그루터기의 평균 직경은 25.25 mm이고, 절단되어지는 높이는 평균 211.0 mm로 나타났다. 또한 단위면적(2×2 m)당 평균 22.5그루의 옥수수가 재배되고 있었다. 본 연구에서 측정된 그루터기의 환경조사를 통해 예취부 설계인자 도출의 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 기대되어진다.

옥수수 수확기 개발을 위한 기초연구(Ⅵ) - 옥수수 파쇄물 유동성능 향상을 위한 해석 -

윤태영 ( Taeyeong Yun ),최훤 ( Hwon Choi ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),신창섭 ( Changseop Shin ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),오성길 ( Sungkil Oh ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

옥수수는 0.8 %만이 자급될 뿐 대부분을 해외 수입에 의존하고있는 실정이다. 하지만 옥수수는 생산성이 높고 식용 작물로 사용될 뿐 아니라, 영양소 총량이 높기때문에 사료용으로 우수하다고 평가받아 축산용 사료로도 손꼽히는 작물이다. 축산용 사료로 사용되는 사일리지용 옥수수를 재배할 경우 10 a 당 6 ton 을 생산할 수 있다. 따라서 사료용 옥수수를 재배하는 농가도 늘어나고 있는 추세이며 국내의 재배실정에 맞는 옥수수 수확기의 개발은 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 옥수수 수확기 개발에 앞서 옥수수 수확기에서 파쇄되어 이송관을 통해 버킷 함지에 적재되는 옥수수 파쇄물의 유동 성능을 향상시키고자 수행하였다. 이송관의 형상은 최대폭 1.5m을 직선과 곡선구간의 길이에 따라 6수준으로 나누어 유동해석 하였으며, 해석에 사용된 프로그램은 ansys 19.2 fluent이다. Case 1~6의 해석을 위해 이송관의 형상을 nodes의 개수는 평균 12,000개, Element의 개수는 평균 40,000개로 구성하였으며, 이송관에 흐르는 풍속 inlet의 값은 40 m/s로 설정하였다. 그 결과 이송관의 곡선이 끝나고 바로 배출이되는 이송관에서 가장 큰 풍속을 얻어 파쇄물의 적층을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

옥수수대 절단토크 측정 장치 제작

최훤 ( Hwon Choi ),신창섭 ( Changseop Shin ),홍동혁 ( Donghyuck Hong ),김중호 ( Joongho Kim ),우덕감 ( Dukgam Woo ),오성길 ( Sungkil Oh ),김태한 ( Taehan Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

옥수수는 식용 작물로 사용될 뿐 아니라 축산용 사료에로 손꼽히는 작물이다. 현재 사료용 옥수수의 재배면적은 기존의 1만2천 ha에 논 재배 면적(1만 ha)을 포함해 2만2천 ha 로 전망되어 생산성 향상을 위해 전용 수확기가 필요한 실정이다. 옥수수수확기의 개발을 위해서는 많은 부분 중에 예취부의 설계가 가장중요하다. 예취부는 옥수수대를 직접 절단하기 때문에 옥수수 수확 시 작업 성능과 직접적인 영향을 미치고, 예취부의 성능에 따라 수확기의 예취부 크기 및 수확기의 크기가 결정된다. 따라서 본 연구에서는 옥수수대 절단 시 예취날의 절단 성능을 평가하기 위하여 실험장치를 제작하였다. 실험장치는 옥수수대 절단 시 절단토크측정을 위한 토크센서(YDSB-200KC, SETech, Korea)와 측정된 데이터를 수집할 수 있는 DAQ (Gantner instrumnets co. Q.brixx series), 컴퓨터가 있으며, 절단날의 회전속도 조절을 위한 인버터로 구성하였다. 또한 옥수수대를 이송하여 이송속도에 따른 절단토크를 측정하기 위하여 컨베이어 이송시스템을 제작하였고, 이송속도 변화를 위한 AC모터와 속도 컨트롤러를 설치하였다. 설계된 장치를 통하여 예취부의 회전속도, 이송속도 변화에 따른 옥수수대 절단토크 측정 및 회전날 변화에 따른 절단토크를 측정할 수 있을 것으로 기대되어진다.