수집형 감자 수확기 개발을 위한 굴취·이송 요인실험

이상희 ( S. H. Lee ),김영근 ( Y. K. Kim ),강태경 ( T. G. Kang ),김성우 ( S. W. Kim ),최용 ( Y. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),최일수 ( I. S. Choi ),현창식 ( C. S. Hyun ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

감자는 국내에서 재배되는 주요 밭작물로 감자의 소비량은 증가하고 있지만, 재배면적은 2000년 29,400ha에서 2014년 22,000ha로 감소하고 있는 추세이며 생산량 또한 2000년 704,6000톤에서 2014년 590,000톤으로 감소하고 있다. 현재 감자의 수확작업은 굴취기를 이용하여 굴취한 후 인력으로 수집하는 형태로 감자 생산 총 노동시간 58.0hr/10a 중 수집 작업에 소요되는 시간이 17.1hr/10a에 달하며 농촌 노동력 감소와 고령화로 인해 수집형 감자 수확기 개발 요구가 높아지고 있다. 따라서 본 연구에서는 감자의 생력재배(Labor saving cultivation)를 높이기 위해 수집형 감자수확기개발을 위한 굴취날 각도 및 이송속도에 따른 요인실험을 수행 하였다. 수집형 감자 수확기는 트랙터 부착형으로 굴취날 각도 3수준(20, 23, 26°), 이송속도 3수준(0.3, 0.4, 0.5m/s)으로 조절할 수 있도록 제작하였다. 굴취날은 각도 별로 3개를 제작하여 날을 교체하는 방식으로 제작하였고, 시험은 평창 감자밭에서 이루어졌으며 시험포장의 토성은 양토였다. 굴취율은 3m구간 굴취 후 굴취된 개수와 미굴취 감자의 개수를 비교하였으며 3반복 측정 하였다. 이송속도는 모터 회전수를 제어할 수 있는 모터 컨트롤러를 따로 제작하여 기체는 정지시키고 이송부만 작동하며 실험하였다. 이송속도 별로 1회에 시료 50개를 투입하여 총 3반복 실험하였으며 표피손상과 형태가 파손된 것을 손상으로 간주하였다. 실험에 사용된 감자의 물성은 크기와 무게를 조사하였으며 평균 가로 75.4±6.26mm, 세로 62.5±5.3mm, 높이 81.7±7.67mm, 무게는 230.7±45.6g이었다. 수집형 감자 수확기의 굴취 및 이송 요인별로 시험하여 감자 굴취율, 이송손상 및 수집손상을 조사한 결과 굴취날 각도에 따른 굴취율은 감자수집에 미치는 영향이 적은 것으로 나타났다. 굴취날 각도 20, 23°에서는 약 99%로 수집되었으며, 26°의 굴취각에서는 모두 수집되었다. 또한 이송속도에 따른 이송부 및 수집부의 감자손상 및 손상률 시험결과 이송부손상률은 0.3m/s에서 2.67%, 0.4m/s에서 3.33%, 0.5m/s에서 6.67%로 0.5m/s의 이송속도에서 손상율 증가폭이 크게 상승하였다. 수집부 손상율 또한 0.3m/s에서 2%, 0.4m/s에서 2.67%, 0.5m/s에서 약 6.67%로 0.5m/s의 이송속도에서 증가폭이 크게 상승하였다. 따라서 본 연구의 수집형 감자 수확기는 작업속도, 감자손상 및 손상율을 고려할 때 0.4m/s의 이송속도에서 수확 시 가장 적절할것으로 판단하였다.

수집형 감자 수확기 적정 작업속도 분석

이상희 ( S. H. Lee ),강태경 ( T. G. Kang ),김영근 ( Y. K. Kim ),최일수 ( I. S. Choi ),현창식 ( C. S. Hyun ),최용 ( Y. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),김진구 ( J. G. Kim ),유승화 ( S. H. Yu ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

국내 감자 수확작업은 굴취기를 이용하여 굴취한 후 인력으로 수집하는 형태로 감자 생산 총 노동시간58.0 hr/10 a 중 수집 작업에 소요되는 시간이 29.5%에 달하며, 농촌 노동력 감소와 고령화로 인해 수집형 감자 수확기 개발 요구가 높아지고 있다. Hyde 등(1983)은 감자 수확기의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것은 컨베이어의 이송속도와 작업속도의 비라고 보고하였다. 따라서, 본 연구는 설계·제작 한 수집형 감자 수확기의 적정 작업속도를 구명하는 데 목적이 있다. 시험에 사용된 공시 트랙터는 Grandmax GM56, Kubota, Japan)으로 저속 1단, 저속 2단, 저속 3단 3수준에서 실험을 하였다. 각 단수에서 작업속도는 10회 측정하였으며, 저속 1단은 0.2 m/s, 저속 2단은 0.24 m/s, 저속 3단은 0.28 m/s로 조사되었다. 실험은 5 m 구간 작업 후 굴취율, 손상율, 이물질혼입율을 조사하였으며, 속도별로 3반복 씩 총 9회 실시하였다. 데이터는 SAS (v9.4., SAS Institute Inc., USA)를 이용하여 유의수준 0.05에서 최소유의차 검정을 실시하였다. 굴취율의 경우 작업속도 0.2, 0.24, 0.28 m/s에서 각각 99.9, 99.9, 99.3%로 나타났으며, LSD 검정 결과 작업속도에 따른 유의차가 없는 것으로 분석되었다. 감자의 경우 두둑 상부로부터 15~20 cm 깊이에 분포하므로 굴취율은 작업속도의 영향을 받지 않는 것으로 판단된다. 손상율의 경우 0.2 m/s에서 4.3%, 0.24 m/s에서 4.7%, 0.28 m/s에서 7.7%로 나타났으며, 특히 0.28 m/s에서 표피손상이 0.2, 0.24 m/s에서 보다 2.6~3%증가하였다. 이물질 혼입율은 0.2 m/s에서 3.5%, 0.24 m/s에서 3%, 0.28 m/s에서 10.2%로 나타났으며, 0.28m/s에서 이물질혼입이 급격히 증가하였다. 통계분석 결과 0.2 m/s와 0.24 m/s에서는 굴취율, 손상율, 이물질혼입율 모두 작업속도의 영향은 없는 것으로 나타났다. 하지만 0.28 m/s에서는 0.24 m/s보다 손상율이 3%, 이물질혼입율이 7.2% 높게 나타나 0.28 m/s에서는 작업이 불가능할 것으로 판단되었다. 또한, 0.2 m/s와 0.24 m/s 간에 시작기의 성능은 유의차가 없었으나, 시작기의 작업능률을 고려할 때 0.24 m/s가 적정 작업속도라고 판단된다.

소식재배 이앙기 푸시로드 푸시 타이밍에 따른 이앙 성능 분석

이상희 ( S. H. Lee ),강태경 ( T. G. Kang ),최용 ( Y. Choi ),김영근 ( Y. K. Kim ),전현종 ( H. J. Jun ),최일수 ( I. S. Choi ),김진구 ( J. G. Kim ),유승화 ( S. H. Yu ),우제근 ( J. K. Woo ),현창식 ( C. S. Hyun ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

벼 소식재배 기술은 재식주수를 관행 60~80주/3.3m2 에서 37~50주/3.3m2 로 줄이는 재배기술로 관행재배에 비해 육묘 및 묘판 운반 비용 및 노력절감이 가능하여 최근 국내에서 벼 생산비 절감을 위한 밀파소식재배 면적이 급격히 증가하고 있다. 하지만, 국내 소식재배 이앙기의 경우 37주/3.3m2 에서 결주율이 높아 이앙기의 식부장치 개선이 필요하다. 본 연구는 소식재배 이앙 시 결주를 개선하고자 식부장치 푸시로드의 푸시 타이밍에 따른 이앙 정밀도를 분석하였다. 푸시로드의 타이밍을 조절하고자 식부침 회전축의 푸시로드 구동 캠의 각도를 기존 위치에서 10° 간격으로 3수준으로 푸시 타이밍을 조절하였다. 실험은 전주에 위치한 국립식량과학원 포장에서 2019년 9월 25일 수행하였으며, 국내 K사 RGO-60SDY모델을 이용하여 재식밀도 37주/3.3m2, 50주/3.3m2에서 각각 3반복으로 결주율을 조사하였다. 시험결과 37주/3.3m2 에서 캠의 틀어짐 각도가 0°, 10°, 20°일 때 결주율은 각각 4.8, 2.4, 5.6%로 조사되었으며, 50주/3.3m2에서는 각각 0.7, 0, 1.3%로 나타났다. 캠의 틀어짐 각도가 커질수록 푸시로드의 푸시 타이밍이 빨라져 모를 심은 뒤 모와 식부침의 간섭이 줄어들었으나, 20°에서는 푸시 타이밍이 빨라 모가 땅에 심어지지 못한 뜬모가 발생하여 결주율이 증가하였다. 각도 10°에서 결주율이 가장 낮게 나타났으나, 여전히 모를 심은 후 모와 식부침이 간섭되어 식부자세가 불량하여 식부장치의 추가적인 개선이 필요할 것으로 판단되었다.

비닐절개형 무 파종장치 파종 특성 분석

이상희 ( S. H. Lee ),강태경 ( T. G. Kang ),김영근 ( Y. K. Kim ),최일수 ( I. S. Choi ),현창식 ( C. S. Hyun ),최용 ( Y. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),김진구 ( J. G. Kim ),유승화 ( S. H. Yu ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

파종·이식 작업의 경우 기계화율은 8.9%로 비닐피복, 수확 등 다른 작업공정에 비하여 상대적으로 낮은 수준이다. 무 파종 작업의 경우 비닐피복과의 열상 문제로 기존 파종기는 적용이 어려워 비닐피복 절개와 동시에 파종하는 파종기의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 무 파종작업의 기계화를 촉진하기 위하여 비닐을 절개하며 파종할 수 있는 점파식 파종기의 파종장치를 제작하여 파종 특성을 분석하였다. 파종장치는 점파식 파종기로 파종과 동시에 비닐 절개 칼날에 의하여 피복비닐을 십자로 절개하며 파종할 수 있도록 제작하였다. 또한, 1회 파종립수는 4~5개, 주간은 27 cm로 관행 파종방식에 맞게 제작하였다. 10 m 구간 3반복 파종 후 파종립수, 주간, 결주율, 비닐절개 직경을 조사하였다. 파종 특성을 분석한 결과 파종립수는 4.1±0.83, 주간은 27.3±0.29 cm, 결주율은 0%, 비닐절개 직경은 8.65±1.04 cm로 분석되었다. 또한, 파종 14일 후 관행 인력 파종구와 기계 파종구의 출현율 및 생육조사를 실시하였다. 생육조사결과 기계 파종구의 출현율은 99.1%, 인력 파종구는 98.2%로 나타나 비닐절개 파종 시 열상의 우려는 없는 것으로 판단되었다. 생육조사 결과 기계 파종구는 초장 8.42±1.87, 엽수 2.73±0.52개로 조사되었으며, 인력 파종구는 초장 8.23±1.61 cm, 엽수 2.57±0.5개로 생육 또한 인력 파종과 비교해서 초장은 2.3%, 엽수는 6.2% 생육이 우수한 것으로 나타났다.

트랙터부착형 무 복합 파종기 성능 분석

이상희 ( S. H. Lee ),강태경 ( T. G. Kang ),김진구 ( J. G. Kim ),최용 ( Y. Choi ),김영근 ( Y. K. Kim ),최일수 ( I. S. Choi ),현창식 ( C. S. Hyun ),전현종 ( H. J. Jun ),유승화 ( S. H. Yu ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

국내 파종·이식 작업의 경우 기계화율은 2016년 8.9%로 경운정비, 비닐피복 및 방제 등 다른 작업공정에 비해 낮은 실정이다. 무 파종 작업의 경우 기계화율은 2016년 0%로 기계 파종 시 피복 비닐에 의한 열상 문제로 기계화가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 무 파종작업의 기계화를 위하여 비닐피복과 동시에 비닐을 절개하며 파종할 수 있는 파종기를 개발하여 파종기의 성능 및 투입효과를 분석하였다. 시작기는 두둑성형, 비닐피복, 비닐절개 및 파종 작업이 동시에 가능하도록 제작하였으며, 파종장치의 경우 점파식으로 주간을 22, 24, 27cm로 파종할 수 있도록 개발하였다. 성능시험은 2018. 9. 6. 충남 홍성의 농가 포장에서 실시하였다. 개발된 파종기의 성능 분석을 위하여 주간, 파종립수 등 작업정밀도 및 작업성능을 조사하였으며, 휴립피복기를 이용하여 피복 후 인력으로 파종하는 관행 방식과 비교하여 노력절감률 및 비용절감률을 분석하였다. 시작기의 작업정밀도로 주간은 주간 설정값 22, 24, 27 cm에서 각각 22±0.26, 23.9±0.23, 26.9±0.21 cm로 조사되었다. 파종립수의 경우 1회당 4.3~4.4립이 파종되는 것으로 나타나 관행 3~5립 파종에 맞는 성적을 보였으며, 결주율은 0%로 나타났다. 복합 파종기의 작업성능은 0.36m/s로 작업 시 0.7시간/10a로 관행 12.3시간/10a에 비해 94.3%의 노력절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, 경제성분석 결과 관행 방식으로 작업 시 소요비용은 158,308원/10a로 나타났으며, 복합 파종기 이용 시 소요비용은 57,246원/10a로 관행에 비해 64%의 비용절감 효과가 있는 것으로 분석되었다.

콩 수확작업을 위한 예취기와 두류콤바인의 소요노동력 및 이용비용 분석

유승화 ( S. H. Yu ),전현종 ( H. J. Jun ),김진구 ( J. G. Kim ),김영근 ( Y. K. Kim ),강태경 ( T. G. Kang ),최일수 ( I. S. Choi ),이상희 ( S. H. Lee ),현창식 ( C. S. Hyun ),최용 ( Y. Choi ),김형곤 ( H. G. Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

콩 수확은 예취, 건조, 수집, 탈곡, 정선·선별 작업으로 이루어지며, 사용되는 기계는 예취기, 탈곡기, 정선·선별기가 이용되고 있다. 관행 콩 수확작업은 예취기로 콩을 예취하여 건조시켜 인력으로 수집하여 탈곡기에 투입하여 탈곡한 후 정선·선별작업을 수행한다. 이와 같은 수확작업과정은 소요 노동력 과다, 고강도의 작업부하, 낮은 작업능률 등의 문제로 고능률 콩 수확 작업을 위해 2조식 승용형 예취기와 예취한 후 건조시킨 두류작물에 대하여 수집, 탈곡, 정선·선별 작업을 일괄 기계화한 수집형 두류콤바인이 개발되어 이용되고 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 개발되어 콩 수확작업에 이용되는 보행형 1조예취기, 승용형 2조 예취기, 탈곡·정선기, 수집형 두류콤바인 등 4기종에 대해 각각 작업능률, 소요노동력, 이용비용, 손익분기면적 등을 조사· 분석하여 콩 수확작업에 기계를 효과적으로 투입하고자 하였다. 콩 수확작업 중 예취작업은 보행형과 승용형 예취기를 비교하였고, 예취 후 수집은 인력, 탈곡은 콩 탈곡기, 정선· 선별은 콩 일괄 정선·선별기로 작업(이하 ‘탈곡기작업’)하고 있어 이를 수집형 두류 콤바인의 작업과 비교하였다. 그 결과 예취기의 소요노동력이 보행형 0.75시간·인/10a, 승용형 0.4시간·인/10a로 나타나 인력작업(8.9시간·인/10a)에 비해 각각 91%, 95% 절감되었고, 보행형에 비해 승용형이 46% 노동력 절감되는 효과가 나타났다. 예취기의 연간 부담면적이 약 40 ha로 나타났으며, 이 부담면적 작업 시10a 당 이용비용이 보행형 32 천원, 승용형 19천원으로 보행형 대비 승용형이 약 40.6%의 비용 절감효과로 분석되었다. 또한 탈곡기작업과 수집형 두류 콤바인 작업의 소요노동력이 각각 7시간·인/10a, 0.57시간·인/10a 으로 수집형 두류콤바인이 약 91.8% 노동력 절감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 수집형 두류콤바인의 연간 부담면적이 52.5 ha 로 나타나 부담면적 작업 시 10a 당 이용비용은 탈곡기작업은 99.2 천원, 수집형 두류콤바인 49.6 천원으로 탈곡기작업 대비 약 40.2%의 이용비용 절감 효과가 있는 것으로 분석되었다. 수집형 두류콤바인과 탈곡기작업의 손익분기면적은 약 25.1 ha로 예측되었다. 이와 같이 분석된 결과와 콩 재배면적 및 이용시간을 고려하면 수확작업 투입 기종 선정에 효과적인 것으로 판단되었다.

논 이용 콩 생산 전과정 기계화 작업체계 연구

유승화 ( S. H. Yu ),전현종 ( H. J. Jun ),김진구 ( J. G. Kim ),김영근 ( Y. K. Kim ),강태경 ( T. G. Kang ),최일수 ( I. S. Choi ),이상희 ( S. H. Lee ),현창식 ( C. S. Hyun ),최용 ( Y. Choi ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

논 타작물 전환 사업이 시행되어 논 이용 밭작물 재배가 확대됨에 따라 벼 대체 작물로 적합한 콩을 논재배 확대하여 자급률 제고가 필요하다. 이에 농촌 인구감소 및 노동력 부족을 해소를 위해 트랙터용 파종기, 고성능 승용 콩 예취기 및 대형 탈곡기, 수집형 두류 콤바인, 밭작물용 보통형 콤바인 등 최근 신기종이 개발되어 기계화가 완성되었다. 하지만 콩은 논과 밭의 재배관리 차이가 있어 논 콩의 효율적 생산을 위한 재배양식 적응 및 기계화 작업체계 확립이 필요하다. 그래서 지금까지 개발된 콩 생산 기계 중 기계화 재배양식과 밀접한 관계가 있는 파종기와 수확기를 논 콩 시험 포장에서 작업 성능 및 상태, 적응성 등을 조사하였다. 이에 본 연구에서는 콩 생산 기계화 재배양식(그림 1)과 기계의 성능과 작업사양 등을 고려하여 파종기와 수확기를 선정하였다. 파종기계는 트랙터부착형 파종기로 그림 1과 같이 각각 둥근두둑 60~80cm, 평두둑 70~80cm 로 두둑 조성과 파종을 동시에 수행한다. 수확기계는 이 2종의 기계화 재배 양식에 투입이 가능하고 성능이 높은 기종 중심으로 선정하였다. 콩을 예취하여 건조한 후 수집·탈곡하는 승용 예취기와 수집형 두류 콤바인, 예취와 탈곡을 동시에 수행하는 밭작물용 보통형 콤바인으로 구분하였다. 재배양식별 시험포장을 조성하며 파종기의 논 적응성 및 작업 성능과 수확 시 작업 연계성을 조사하였다. 파종기는 약 0.8h/10a 성능을 나타내었으며 두둑조성과 파종 적응성은 높았으나 장마철 물 관리에 낮은 적응성을 보였다. 수확기계의 경우 승용형 예취기와 수집형 콤바인 각각 10a당 0.6h, 0.8h이였으나, 보통형 콤바인은 약 0.3h/10a로 성능이 우수해 보이나 콩 품종의 특성을 고려하여 적절한 수확기계 방식을 채택하여야 한다. 수확기 모두 파종 후 수확의 작업연계성은 높으나, 지역적 논 특성을 고려하여 작업 속도 및 조간 간격을 범위 내에서 적절히 조절해야 한다.

전자동 감자 파종기 개발을 위한 씨감자 절단 성능 분석

최일수 ( I. S. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),최용 ( Y. Choi ),김영근 ( Y. K. Kim ),강태경 ( T. K. Kang ),이충근 ( C. K. Lee ),최덕규 ( D. K. Choi ),현창식 ( C. S. Hyun ),유홍섭 ( H. S. Yu ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.1

고구마 생산 전과정기계화 작업체계 및 투입효과

최일수 ( I. S. Choi ),최용 ( Y. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),김영근 ( Y. K. Kim ),강태경 ( T. K. Kang ),이상희 ( S. H. Lee ),김성우 ( S. W. Kim ),현창식 ( C. S. Hyun ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.1

토양소독기 살포량 자동제어 시스템 개발을 위한 변수 분석

김태형 ( T. H. Kim ),이상희 ( S. H. Lee ),최용 ( Y. Choi ),전현종 ( H. J. Jun ),강연구 ( Y. K. Kang ),현창식 ( C. S. Hyun ),김영근 ( Y. K. Kim ),최일수 ( I. S. Choi ),유승화 ( S. H. Yu ),우제근 ( J. K. Woo ),강태경 ( T. G. Kang ),고형 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

국내 밭작물 재배 면적은 지속적으로 증가하여 2019년 751.8천 ha로 전체 농경지 면적의 약 46%를 차지하고 있다. 하지만 FTA 등의 시장 개방으로 인해 국내산 밭작물 경쟁력이 감소하고 있기 때문에 경쟁력 확보가 필요하다. 그러나 국내 밭작물의 경우 연작으로 인한 선충 피해에 취약하다. 따라서 본 연구에서는 선충 방제를 위한 토양소독기를 개발하고자 살포량 자동제어 시스템 개발을 위한 변수를 분석하였다. 작업속도 변화에 따라 약제 살포량을 자동으로 제어하기 위해서는 구동륜의 회전속도를 감지하여 작업속도를 제어할 필요가 있고, 구동륜의 회전속도와 살포량을 제어할 수 있는 펌프 구동축의 회전속도와의 관계식을 구할 필요가 있다. 살포간격에 따른 펌프 구동축 회전속도는 잇수(n), 살포간격(d), 1회 살포량(a), 단위 거리 당 살포량(A), 모터 감속비(c)의 설계 변수와 작업속도(v), 구동축 회전속도(w_)의 동역학적 변수와 관계가 있다. 살포간격(d)은 1회당 살포량 및 단위 거리 당 살포량(A)으로 d=a/A 로 표현할 수 있으며, 작업속도(v), 잇수(n), 살포간격(d), 감속비(c), 구동축의 회전속도(w₂)의 관계는 v = ndw₂/60c = naw₂60cA 로 표현할 수 있다. 구동륜의 원주(L)는 구동륜의 직경(D)으로 L = πD로 표현되며, 작업속도(v)는 구동륜의 직경(D) 및 구동륜 회전속도(w₁)와의 관계로 v = Lw₁60 = πDw₁/60으로 표현된다. 앞서 구한 작업속도(v)와 펌프 구동축의 회전속도(w₂)와의 관계식 및 작업속도(v)와 구동륜 회전속도(w₂)와의 관계식 및 작업속도(v)와 구동륜 회전속도(w₁)와의 관계식은 v = naw₂/60cA = πDw₁/60이며, 결국 펌프 구동축의 회전속도(w₂)와 구동륜 회전속도의(w₂)의 관계는 w₂ = πcADw₁/na와 같은 관계를 가지게된다. 추후 위 결과를 적용하여 작업 속도에 따른 약제 살포량 자동제어 시스템을 개발하고 성능을 분석할 예정이다.