콩 탈곡기를 이용한 들깨 탈곡에 관한 실험적 연구

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

들깨는 우리 식생활에서 들기름과 들깨가루 등으로 애용되고 있으며 치매예방, 면역력 강화 등 건강증진 기능이 알려지면서 국내 수요와 재배면적이 꾸준히 증가하고 있지만, 탈곡과정 기계화의 연구는 아직 미진한 실정이다. 본 연구에서는 들깨 탈곡작업 기계화를 위해 기존 콩 탈곡기의 성능개선 및 범용화를 통한 들깨 기계화 기술향상을 하고자 수행하였다. 실험 선정 탈곡기는 자동식 줄기 배출방식(A 형식)과 수동식 줄기 배출방식(B형식) 2가지 형식이며, 시험대상 작물인 예취된 콩과 들깨의 물성은 다음과 같다(콩 초장 1.03 m, 최하분지고 20 cm, 들깨 초장 1.57 m, 최하분지고 10 cm). 기존 콩 탈곡구조에 들깨를 적용하기 위해서 탈곡망 및 선별망의 크기를 Ø4 mm로 축소하였고, 길이와 폭을 좀 더 크게 변경하였다. 시험방법은 예취 후 20일정도 자연건조 한 들깨1 kg을 A, B 형식의 탈곡기에 넣고 곡립손실률 및 수확물의 곡립조성비(%)를 조사하였다. 시험결과 A, B형식의 탈곡기 모두 송풍 팬에 의해서 손실이 크게 발생하였다. 이는 송풍 팬을 작물에 따라 제어할 수 있는 가변형장치가 필요할 것으로 판단하였다. 송풍 팬을 구동하지 않을 경우 곡립손실률은 B형식의 탈곡기(4.1%)가 A형식의 탈곡기(2.1%) 보다 높게 나타났지만 탈곡율이 좋고 배출 속도가 빠르게 나타났다. 수확물 곡립조성비(%) 시험결과 B형식의 탈곡기는 곡립과 잡물의 비가 약 4:1, A형식은 약 1:1의 비율로 B형식 탈곡기의 곡립조성이 양호하였지만 잡물비율이 모두 높아 개선이 필요하였다. 결과적으로 들깨를 콩 탈곡기에 적용하기 위해서는 적정 송풍 팬의 속도 규명과 손실률 및 잡물비율을 낮출 수 있는 탈곡기의 장치개선이 필요할 것으로 판단된다.

들깨 기계 수확을 위한 예취기 및 탈곡기 성능 개선

전현종 ( Hyeon-jong Jun ),유승화 ( Seung-hwa Yu ),최일수 ( Il-su Choi ),김진구 ( Jin-gu Kim ),이상희 ( Sang-hee Lee ),강태경 ( Tae-gyoung Kang ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong-choi ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

들깨의 다양한 건강 기능성이 알려지면서 국내 들깨 생산면적이 꾸준히 증가하고 있으나 수확작업은 인력에 의존하고 있다. 들깨 수확작업의 노동력 절감을 위하여 기존에 상용화된 예취기, 탈곡기의 들깨적응성을 시험을 통하여 개선점을 찾아 들깨 기계수확에 적합하도록 성능개선을 통해 들깨 예취 및 탈곡작업의 수확노력을 절감하고 이용 확대를 통해 범용성을 증대시키고자 본 과제를 수행하였다. 시험용 예취기는 농촌진흥청에서 개발한 1조식 콩 예취기와 농가에 많이 보급된 콩 탈곡기를 대상을 시험하였다. 들깨의 재배양식은 외줄재배로 조간 0.7~0.8 m 주간 0.2~0.3 m로 묘를 대부분 정식하고 있다. 예취기는 1조식 콩 예취기(BH-710)와 콩 탈곡기(SI-002)를 들깨에 적합하도록 개선하였다. 예취기 및 탈곡기는 들깨의 초장 및 물리적 특성을 고려하여 예취기의 이송벨트를 개선하고 측면에 보조 이송장치를 부착하였다. 탈곡기는 탈곡드럼과 송풍 팬의 회전속도를 각각 조절할 수 있도록 하였고 탈곡드럼의 덮개 내측에 들깨 파쇄줄기를 신속하게 배출할 수 있도록 일정한 각도와 간격으로 안내날을 설치한 탈곡드럼 덮개 형상별 4준(미설치, 10°, 20°, 30°)과 투입 들깨의 주수별 3수준(10주, 20주, 30주)조건에서 줄기의 완전배출시간, 줄기배출구 손실률, 수집물의 조성비율을 측정하여 분석하였다. 시험결과 예취기의 들깨 예취율은 100% 이었고, 탈곡기에 투입주수별 들깨 파쇄줄기 배출시간은 덮개 안내날 30°에서 배출시간이 16~29 s (10주~30주) 범위로 가장 짧게 나타났고, 줄기배출구 손실률은 덮개 안나날 각도 20°에서 5.0%~5.7%범위 이었고 이때 수집물의 조성비율은 알곡 73.8~69.6% 범위이었다. 따라서 탈곡기는 배출손실을 줄이기 위하여 줄기배출시간의 증가시켜야 할 것으로 판단되어 베출손실을 줄이기 위해서는 탈곡드럼 길이의 증대가 필요하였다.

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.

콩 탈곡기를 활용한 들깨 탈곡 기계화 연구

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

들깨 생산을 위한 농작업에서 경운· 정지, 피복, 방제 등은 기계화 되었으나 파종, 정식, 예취· 탈곡은 기계화가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 기계화가 미흡한 들깨의 탈곡작업 기계화 촉진 및 범용화를 통한 들깨 기계화기술을 향상 하고자 수행하였다. 첫 번째 수행내용은 기존 콩 탈곡기 송풍 팬에 의해 손실되는 들깨를 줄이고자 송풍 팬 속도(450~1350 RPM)에 따른 풍구속도(m/s) 및 손실량(g)을 측정하기 위해 탈곡된 들깨 500 g을 탈곡기에 투입하여 실험하였다. 두 번째 수행내용은 투입된 작물의 줄기가 탈곡 시 배출이 용이하도록 탈곡기 덮개 안쪽에 가이드를 설치하여 탈곡에 미치는 영향을 실험하였다. 탈곡시험은 가이드를 설치하지 않은 경우와 설치한 경우로 분리하여 비교시험을 하였다. 가이드는 급동 회전방향과 10°, 20°, 30°를 유지하면서 배출구까지 도달하도록 설치하였고, 각도에 따른 잔물배출시간(s), 잔물배출무게(g) 및 잔물 파쇄 길이(cm)을 측정하였다. 시험결과 들깨의 손실률이 발생되는 구간은 1050 RPM, 풍구속도 5.27 m/s였으며 송풍 팬 회전속도가 증가할수록 손실률은 급격하게 증가하였다. 이는 실험 탈곡기 구조의 들깨 종말속도가 대략 5m/s로 송풍팬 회전속도를 1000 RPM, 풍구속도를 5m/s 이하로 설정해야 할 것으로 판단된다. 가이드 각도에 따른 잔물배출시간은 각도가 클수록 잔물배출시간이 단축되었고 특히 10°(18.90 s)는 무 설치(29.23 s) 보다 약 10초 단축되어 가이드 설치가 잔물배출에 효과적으로 나타났다. 잔물배출무게는 가이드 각도에 영향을 받지 않은 반면 잔물 파쇄 길이는 가이드 각도가 클수록 길게 나타났다. 결과적으로 실험 콩 탈곡기 적용 들깨 탈곡 시 5 m/s 이하의 풍속에서 잔물배출시간과 파쇄정도에 따른 들깨 손실 등을 고려한 복합적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.

참깨 탈곡기 선별장치의 선별특성에 관한 연구

방연규 ( Yeoun Gyu Pang ),김상헌 ( Sang Hun Kim ),김재원 ( Jae Won Kim ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

최근 참깨 또는 들깨에 대한 국내수요가 증대되어 이들의 전용 탈곡기에 대한 필요성이 대두하였다. 이에 본 논문에서는 참깨의 물리적 특성을 고려한 기계적 그리고 공기역학적 선별특성을 연구하고 참깨 전용탈곡기의 선별부 제작에 필요한 요인을 분석하였다. 기계적 선별을 위한 요동체는 길이 70cm, 폭 18cm의 시브를 장착하였고 시브상에는 곡물 선별을 위한 루버형태의 개구부를 형성하였다. 요동체는 직선왕복운동을 하는 구조이고 진폭과 회전속도를 조절하여 시브상에서 참깨의 평균곡물이송속도를 6.0cm/s 가 되도록 하였다. 시브의 길이방향의 위치에 따른 곡물의 잔류율을 측정하기 위해 시브하단에 10개의 섹션을 갖춘 곡물수집기를 설치하였다. 공기역학적 선별특성을 분석하기위해 0.4HP의 블로어를 사용하였고 홈이있는 파이프를 시브와 곡물수집기 사이에 설치하여 시브하부에 균일한 풍속을 유지하였다. 시브위치에 따른 곡립의 잔류율은 풍속이 강할수록 높아졌고 따라서 곡립손실률도 높아졌으나 이와는 반대로 공급율이 높아질수록 곡립의 잔류율은 낮아지는 경향을 보였다. 또한, 곡물과 짚풀의 비율은 시브의 중간위치에서 높아지는 경향을 보였고 풍속이 강할수록, 그리고 공급율이 낮을 수록 높아져서 양호한 선별효율을 보였다. 본 연구에서는 기존의 콤바인을 이용한 밀탈곡에서 제시된 선별모델 공식을 이용하여 참깨의 시브상 곡물잔류율을 요동체의 기계적특성, 공급율, 풍속등을 고려한 지수함수로 표현하였다.

수분 함량 및 회전 속도에 따른 탈곡 효율 분석

이건호 ( Gun-ho Lee ),문병은 ( Byeong-eun Moon ),최영우 ( Na-eun Kim ),김나은 ( Young Woo Choi ),볼라파우델 ( Bhola Paudel ),김현태 ( Hyeon-tae Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

본 연구는 최근 대체가공육 및 건강식품으로 주목받고 있는 콩의 자급률을 올리기 위하여 탈곡기의 회전속도 및 콩의 함수율에 따른 탈곡효율을 측정하여 탈곡당시 콩의 함수율별 적절 탈곡속도를 규명함으로써 탈곡손실을 줄이는 것을 목표로한다. 실험에 사용한 콩은 ‘대찬’콩으로 경남농업기술원(35°.21′N, 128°.11′E) 앞 재배지에서 면적 내 모두 동일한 방법 및 규격을 통해 재배하였다. 함수율을 변수로써 사용하기 위하여 예정 수확일 기준 10일을 간격으로 두어 총 2회 수집하였으며, 1차 수확 2010년 10월 17일 15열중 7휴를 수집후 동년 동월 28일 남은 8휴를 2차로 수집하였다. 일반적으로 농민들이 탈곡하는 시기의 두류(콩)작물은 함수율이 13%전후로 수확을 실시하였으며, 이를 기준으로 함수율을 그룹1(20-30%), 그룹2(15-20%), 그룹3(10-15%)으로 산정하였다. 탈곡통의 분당 회전수선정은 250 RPM부터 400RPM 까지 50RPM 간격으로 선정했으며, 제작회사에서 추천하고 있는 RPM 값을 기준으로 선정하였다. 250 RPM에서 전체 그룹 1, 2, 3을 비교한 결과 유의확률이 0.05 이하로 그룹간의 차이가 있음을 확인 할 수 있다. 이는 250 RPM에서는 함수율의 증가 및 감소가 결과로 직접적으로 이어짐을 확인 할 수 있다고 판단되며, 가장높은 회전속도인 400 RPM에서는 그룹 1, 2의 차이를 의미하는 유의 확률이 0.586으로 차이가 없음을 확인 할 수 있다. 이는 높은 탈곡속도는 15%이상의 함수율을 가진 두류(콩)에서 의미가 없다고 판단되며, 15% 이하의 함수율을 가진 두류(콩)에서는 타 그룹에 비교하여 탈곡효율을이 높음을 의미한다. 이는 콩의 함수율 마다 적절한 회전속도가 요구됨을 알 수 있다.

콩탈곡기 무한궤도에 장착되는 변속장치의 개발

김상완 ( Sang-wan Kim ),박성훈 ( Sung-hun Park ),강무준 ( Mu-jun Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

콩탈곡기는 탈곡기능, 무한궤도 주행기능, 자동하역 기능을 지닌다. 여기서 탈곡기능과 무한궤도 주행기능이 동시작동 및 선택작동이 가능하고, 탈곡장치가 무한궤도에서 분리되고 무한궤도장치가 자동하역 기능을 갖도록 개발하였다. 이는 2개의 독립엔진(탈곡부, 주행부)은 총배기량 291cc, 연속정격출력 6.5ps/1,800rpm으로 별도 혹은 동시에 작동 가능하도록 개발하는 것을 의미한다. 최초 무한궤도 주행장치에 동력을 사용하여 탈곡장치를 구동시키려 하였으나, 무한궤도장치와 탈곡장치를 결합 시켜야하고 탈곡작업과 하역작업을 동시에 사용이 불가능해지는 단점이 있었다. 따라서, 개발된 동력시스템은 탈곡기능(엔진1_4 사이클 가솔린 엔진, 스위치시동), 무한괘도 주행기능(엔진2_4 사이클 가솔린 엔진, 키 시동) 및 자동하역장치 기능(엔진2+유압_엔진2로 유압펌프 구동)으로 구성되었다. 콩탈곡기 변속장치는 무한괘도장치의 주행속도(km/hr)가 전진 3단(1.6/3.17/4.9), 후진 2단(1.51/3.0)으로 설계, 개발하였다.

자주식 콩탈곡기 엔진동력 무한궤도장치의 개발

김상완 ( Sang-wan Kim ),박성훈 ( Sung-hun Park ),강무준 ( Mu-jun Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

자주식 콩탈곡기(800kg/hr, 독립동력 주행부(공랭/2기통/4행정/가솔린기관)) 개발을 위한 무한궤도는 접지면적을 최대화하여 이동과 농작업이 가능하도록 다양한 농작업환경을 고려하였다. 장치는 콩탈곡기 및 적재함 등이 장착 가능한 규격(L 1,170mm, 높이 300mm, 전폭 900mm, 벨트폭 180mm)로 구성되었다. 무한괘도장치는 메인 프레임, 장력 조절장치, 상부/하부 로울러, 트랙 아이들러, 트랙, 스프로킷으로 구성했는데, 구성 모식도는 다음과 같다. 하부 로울러는 회전하는 로울러, 베어링, 시일, 축 및 고정측의 칼라로 구성되고, 설계 형식은 단일 플랜지형으로 하였다. 흙탕물, 진창 토사에 묻혀 회전하므로 윤활제의 누설방지와 더불어 흙물의 침입을 막기 위하여 플로우팅 시일을 사용하도록 하고, 시일링의 경도는 HRC 65~70, 축재질 허용응력은 58kg/mm2 수준이다. 트랙 아이들러는 트랙 프레임 위를 앞뒤로 미끄럼 이동하고, 조정 실린더는 그리스 양을 조정함으로 이동 거리를 조정토록 하였다. 상부 로울러는 트랙이 아이들러와 구동륜을 안내한다. 트랙 스프로킷은 동력을 받아 무한궤도 트랙에 동력을 전달하는데, 잇수가 적을수록 큰 힘을 발휘함으로 미션의 출력 회전수에 따른 트랙 스프로킷을 선정하였다. 트랙은 고무재질로 같은 중량의 휠형 장비에 비해 2배 이상의 견인력을 가지며, 경량화가 가능하여 접지압이 낮아 습지, 모래와 같은 연약지반, 경사진 작업현장에서도 우수한 주행 성능을 발휘하도록 설계, 개발하였다.

콩탈곡기 탈곡작업 시에 막힘 현상이 없는 탈곡부의 개발

김상완 ( Sang-wan Kim ),박성훈 ( Sung-hun Park ),강무준 ( Mu-jun Kang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

콩탈곡기(800kg/hr, 독립동력 탈곡부(공랭/2기통/4행정/가솔린기관))의 감김 및 막힘 현상을 줄이며 콩의 깨짐과 변형이 없는 개발하는 것을 목적하였다. 탈곡부는 크게 콩대를 넣는 투입부, 콩대의 분쇄와 탈곡이 이루어지는 탈곡통, 분쇄된 콩대와 콩깍지가 배출되는 배출부, 1차 선별하게 되는 흔들체, 발생하는 먼지와 가벼운 이물질을 제거하는 흡입팬, 탈곡된 콩을 마대로 옮겨주는 승강기로 구성되었다. 탈곡통의 기존품과 개발품의 모식도는 다음과 같다. 기존품은 급치와 급치간의 간격이 좁고 통의크기가 큰 상태에서 철판으로 막혀있어 탈곡시의 공간이 협소하여 처리량이 적고 감김 현상이나 막힘 현상이 발생하기 쉽다. 이에 분쇄 메인 축을 중심으로 네 개의 보조 축에 달려있는 특수한 탈곡날을 스크류 형상으로 배치한 개발품(φ520mm, L1,100mm)은 탈곡날 사이의 간격이 넓고 탈곡날과 보조축 외의 공간이 커 투입시의 처리량이 극대화 되고 보조 축과 탈곡날의 회전으로 감김 현상이나 막힘 현상의 발생을 현저하게 줄였다. 이때 탈곡통의 끝부분에 있는 날개는 먼지와 잔대를 흡입하고 큰대를 퍼 올려 콩대의 분쇄 시 발생되는 큰 콩대나 잔대, 먼지를 흡입하여 배출토록 하였다. 또한 분쇄구간을 최대한 늘려 콩대 배출구로 나가는 콩의 양을 최소화하도록 개발되었다.