다목적 농작업기계 후차축 기어쌍의 강도 해석

문석표(Seok Pyo Moon),이준호(Jun Ho Lee),백승민(Seung Min Baek),이남규(Nam Gyu Lee),김용주(Yong Joo Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.7

수집형 마늘 수확기 무안지역 적응성 향상 연구

문석표 ( Seok-pyo Moon ),우제근 ( Jae Keun Woo ),최일수 ( Il Soo Choi ),권승귀 ( Seung Gwi Kwon ),남영조 ( Young Jo Nam ),김완수 ( Wan-soo Kim ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

마늘의 기계 수확 중 발생한 손상(멍, 찍힘 등) 마늘은 저장 중 미손상 마늘에 비해 병, 세균 감염 등으로 인해 품질 저하가 발생하며, 이는 소득 감소로 이어진다. 본 연구는 마늘의 기계 수확 시 이송-적재부 이동 시, 낙차에 의해 발생하는 수확 마늘의 손상을 최소화하기 위해 수행되었다. 수집형 마늘 수확기 수납부의 제어는 적재 무게가 적을 때 이송-적재부가 수평이 되고, 적재 무게가 많을 때 이송-적재부가 수직으로 되어 낙차를 최소화하는 방법을 채택하였다. 수납부제어를 위해 전자 제어 방법이 채택되었으며, 제어 시스템은 동력부(엔진), 유압 발생부(펌프 등), 작동부(실린더 등), 계측부(센서 등), 제어부(MCU 등)로 구성된다. 수집형 마늘 수확기의 수납부 제어 원리는 실린더의 출력부에 유압 센서를 부착, 수확 마늘의 증량으로 유압이 발생함에 따라, 제어부의 유량제어를 통해 발생한 유압동력을 실린더에 전달하는 시스템이다. 제어부는 PI 제어기, PWM제어, 유압 실린더의 운동방정식을 통한 폐루프(Close-loop) 제어 방법을 개발하였다. 제어기는 수집형 마늘 수확기의 작업 중 제어 정밀도가 요구되나, 신속한 제어가 요구되지 않을 것으로 판단되어 PI 제어기를 선정하였으며, 제어기 설계를 위한 수납부 제어 알고리즘을 개발하였다. 향후 설계한 제어 시스템의 개발을 위해 시뮬레이션 프로그램과 개발한 알고리즘을 통해 제어기를 설계하고, 요인 시험을 통해 검증 및 고도화가 필요할 것으로 판단된다. 이를 통해 실제 작업기에 부착, 기계 수확 시 이송-적재부 간 마늘 손상 최소화가 가능할 것으로 판단된다.

재배양식에 따른 1열 수집형 배추 수확기 개발에 관한 연구

문석표 ( Seok-pyo Moon ),우제근 ( Jae Keun Woo ),최일수 ( Il Soo Choi ),이상희 ( Sang-hee Lee ),한광민 ( Kwang Min Han ),홍순중 ( Soon Jeong Hong ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

국내 배추의 1인당 연간 소비량은 전체 채소 소비 비중 중 유일하게 30%를 넘기는 채소이나, 국내 배추 생산시 수확작업의 기계화율은 0%로 매우 저조한 상황이다. 따라서 본 연구는 배추의 기계 수확율 제고를 위한 수집형 배추 수확기의 개발을 위해 수행되었다. 본 연구의 배추 수확기는 작업 정밀도와 작업 편의성과 인력으로 뿌리, 밑동을 제거, 포장해 배추 손상을 최소화하는 관행 작업 형태를 고려해 1열 수집형 배추 수확기를 설계·개발하고자 하였다. 개발하고자 하는 수집형 배추 수확기는 밑동이 제거, 노지에 위치한 배추를 수집하고 보조 작업자에 의해 적재부에 일시 저장하는 형태이다. 수집형 배추 수확기의 재배양식을 반영·설계가 필요한 요소는 수집부(높이·너비), 주행부(궤도 폭), 기체 폭을 대상으로 선정되었으며, 이를 위해 재배양식 중 조사한 항목은 두둑 폭·높이, 고랑 폭, 이랑 폭, 주간·조간거리 등이다. 재배양식을 조사한 지역은 1열 둥근 두둑이며, 여름 배추 주산지인 평창(대화면)·정선(임계면, 신동읍)의 40개 농가를 대상으로 조사하였다. 이때, 개발 시작기의 주행 안정성을 위해 약 10도 이상의 경사지 재배 양식은 설계에 반영하지 않았다. 재배양식을 조사, 설계에 반영한 결과 수집부 너비, 높이, 기체 너비는 각각 두둑·고랑 너비, 두둑·잔여 배추밑동 높이, 이랑너비 및 작업폭 등을 고려해 각각 70cm 미만, 20-25cm, 180cm로 설계하는 것이 필요하다. 주행부(궤도너비)는 고랑 폭, 조간거리를 고려해 약 25cm 미만의 경량 크롤러가 필요할 것으로 판단되나, 주행 시 비닐 피복을 훼손하고 기계 구동을 위한 기본 너비 제한 등으로 인해 궤도 주행부 사용을 위해서 고랑 너비를 확보하는 재배양식이 선행되어야 할 것으로 판단된다. 향후 가을 배추 주산지를 대상으로 재배양식을 조사, 설계에 반영하고 시작기 및 완제품을 개발해 생력화 및 생산단가 절감이 가능할 것으로 판단된다.

쟁기 작업에 따른 정유압 변속기의 등가부하 분석

문석표 ( Seok-pyo Moon ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

최근 국내 농업 인구가 여성화, 고령화에 따라 농작업의 편리성을 위해 농업기계의 크기는 대형화되어지고, 조작은 단순화되어지고 있다. 트랙터의 자동 변속기는 조작을 편리하게 할 뿐 아니라 트랙터의 동력 효율을 상승시키기 위해서도 중요한 역할을 수행한다. 국내 농업에서는 자동변속기의 개발이 활발하게 진행중이다. 기계요소의 사용 조건 및 작업 환경에 적합하게 설계하기 위해서는 사용 시 작용하는 부하를 분석하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 정유압 변속기가 사용된 트랙터를 이용하여 주요 농작업인 쟁기 작업후 부하를 획득하였다. 또한 획득한 부하를 통하여 등가부하를 산출 및 분석하였다. 등가부하를 계산하기 위하여 정유압 변속기의 토출부에 압력센서를 설치하여 압력을 측정하였다. 또한 실제 농작업시 부하를 계측하기 위하여 주요 농작업인 쟁기 작업을 L단과 M단에서 수행하였다. 정유압 변속기의 등가 부하를 계산하기 위해서 역승모델을 사용하였으며, 등가 부하 계산을 위하여 계측 데이터를 8개 간격으로 나누어 등가부하를 계산하였다. 등가부하 분석결과 L단에서 116.04 bar, 2516.42 rpm으로 분석되었고, M단에서 248.5 bar, 2362.14 rpm으로 나타났다. M단에서 L단보다 높은 압력이 나타난 것은 작업 중 주행 속도가 M단이 빠르기 때문에 M단에서 더 높은 압력이 나타난 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 분석한 등가부하를 통하여 가속수명시험 등 등가 부하가 필요로 되는 여러 분야에서 사용될 수 있을 것으로 판단되어진다.

트랙터용 작업기 구동 펌프의 내구 시험 프로세스 개발

문석표 ( Seok-pyo Moon ),한태호 ( Tae-ho Han ),심종열 ( Jong-yeal Shim ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

농업 기계용 기어 펌프의 수명 평가는 펌프의 사양을 통해 시험되기 때문에 농작업 환경을 반영하지 못하는 실정이다. 따라서 본 연구는 트랙터용 작업기 구동 펌프의 농작업 환경을 고려한 수명 시험 프로세스 개발을 위하여 수행하였다. 수명 시험 방법은 가속수명 시험방법으로, 무고장 수명시험시간과 가속계수를 통해 개발이 가능하다. 농작업 부하 계측은 농작업 환경을 수명 시험 프로세스에 반영하기 위하여 실시되었으며, 쟁기 경운, 로타리 경운, 베일러 작업, 랩핑 작업을 실시되었다. 작업기 구동 펌프의 농작업별 부하 데이터는 등가 부하 계산식으로 계산되었으며, 하나의 값을 가지는 통합등가부하로 계산하여 사용되었다. 작업기 구동 펌프의 통합등가압력과 유량은 각각 103.62 bar, 30.56 L/min으로 설정되었다. 통합등가부하를 이용한 가속 수명 시험 프로세스 개발 결과, 무고장 수명시험 시간인 12,790시간을 2,478 시간으로 단축하여 시험이 가능할 것으로 판단된다. 향후 농작업 환경을 고려한 기어 펌프의 수명 시험 평가를 통해 내구성 확보가 가능할 것으로 판단된다.

기어 전달오차 계측 시스템 개발 및 검증에 관한 연구

문석표(Seok-Pyo Moon),이주연(Ju-Yeon Lee),문상곤(Sang-Gon Moon),김수철(Su-Chul Kim) 한국기계가공학회 2021 한국기계가공학회지 Vol.20 No.12

The purpose of this study was to develop and verify a precision transmission error measurement system for a gear pair. The transmission error measurement system of the gear pair was developed as a measurement unit, signal processing unit, and signal analysis unit. The angular displacement for calculating the transmission error of the gear pair was measured using an encoder. The signal amplification, interpolation, and transmission error calculation of the measured angular displacement were conducted using a field-programmable gate array (FPGA) and a real-time processor. A high-pass filter (HPF) was applied to the calculated transmission error from the real-time processor. The transmission error measurement test was conducted using a gearbox, including the master gear pair. The same test was repeated three times in the clockwise and counterclockwise directions, respectively, according to the load conditions (0 - 200 N·m). The results of the gear transmission error tests showed similar tendencies, thereby confirming the stability of the system. The measured transmission error was verified by comparing it with the transmission error analyzed using commercial software. The verification showed a slight difference in the transmission error between the methods. In a future study, the measurement and analysis method of the developed precision transmission error measurement system in this study may possibly be used for gear design.

다목적 농작업 기계의 농작업시 엔진 부하 분석

문석표 ( Seok Pyo Moon ),이준호 ( Jun Ho Lee ),백승윤 ( Seung Yun Baek ),김용주 ( Yong Joo Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

본 연구의 목적은 농작업시 다목적 농작업기계의 엔진 부하를 분석하기 위하여 실시하였다. 엔진 부하는 130 마력급 다목적 농작업기계를 사용하여 계측되었으며, CAN 데이터 통신을 통해 수집되었다. 수집한 엔진 부하는 토크와 회전속도이다. 쟁기 작업은 다목적 농작업기계의 엔진 부하 계측을 위하여 실시되었으며, 작업 단수는 가장 많이 사용되는 작업 속도를 통해 결정하였다. 쟁기 작업은 충청북도 옥천군 동이면 적하리 1151(36°16'28.9"N 127°37'39.7"E)에서 실시하였으며, 작업-선회(작업기 상승)-작업-선회(작업기 상승) 순으로 약 90초간 실시하였다. 계측한 엔진 토크와 회전속도는 누적손상법인 Palmgren-Miner 식을 사용하여 하나의 부하로 계산되었다. 이때 다목적 농작업기계의 엔진 토크와 회전속도는 각각 197.0 Nm, 2092.2 rpm 이며, 57.9 마력을 쟁기작업을 수행하는데 사용하였다. 향후 다양한 작업단수, 토양조건, 농작업 종류에 따라 계측시험을 진행하여 계측 결과를 통해 다목적 농작업기계의 변속기 최적 설계 등에 활용 가능할 것으로 판단된다.

시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 웜 기어 감속기의 강도 최적화

문석표(Seok Pyo Moon),남규철(Kyu Chul Nam),최창현(Chang Hyun Choi),김용주(Yong Joo Kim) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.4

다목적 농작업 기계 변속기 부변속 안전율 분석

문석표(Seok Pyo Moon),백승민(Seung Min Baek),이남규(Nam Gyu Lee),박성운(Seong Un Park),최영수(Young Soo Choi),최창현(Chang Hyun Choi),김용주(Yong Joo Kim) 유공압건설기계학회 2020 드라이브·컨트롤 Vol.17 No.4

The aim of this study was to analyze the safety factor of range-shift gear pairs on multi-purpose agricultural implement machinery for an optimal design of a transmission system. Gear-strengths such as bending and contact stress and safety factors were analyzed under three load conditions: an equivalent engine torque at plow tillage, a rated engine torque, and the maximum engine torque. Root and contact safety factor were calculated to be 3.88, 5.14, 2.24, 2.11, 2.21, 0.99 and 0.78, 0.94, 0.65, 0.68, 0.84, 0.85, respectively, under equivalent engine torque condition at the plow tillage. The root and contact safety factor were calculated to be 1.91, 2.53, 1.10, 1.04, 1.07, 0.48 and 0.55, 0.66, 0.46, 0.48, 0.59, 0.59, respectively, under rated engine torque condition. The root and contact safety factor were calculated to be 1.60, 2.11, 0.92, 0.87, 0.90, 0.40 and 0.51, 0.61, 0.42, 0.44, 0.54, 0.54, respectively, under the maximum engine torque condition. The multi-purpose agricultural implement machinery could be conducted under plow tillage operation. However, gear specifications for tooth surface need modification because the gear surface would be broken at all driving conditions as safety factors are lower than 1.

헬리컬 기어 감속기의 강도 해석

문석표 ( Seok-pyo Moon ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김태범 ( Tae-bum Kim ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

농업용 감속기는 감속 장치의 일종으로서, 기어와 기계요소인 축, 베어링을 조합하여, 케이싱 내에 조립된 감속 장치이다. 또한, 농업용 감속기는 회전력을 감속비만큼 증폭시키는 역할을 한다. 이러한 농업용 감속기는 트랙터, 이앙기, 콤바인 등에 사용되어 모터의 회전수를 감소시켜 높은 토크를 얻을 수 있게 하며, 작은 모터로 큰 차체의 운전을 가능하게 한다. 따라서 고 토크를 필요로 하는 트랙터 등 농업기계 분야에서는 감속기가 중요하게 사용되고 있다. 또한 국내 농업용 감속기는 경험적 방법에 의존하여 설계되고 있으며, 이는 농업용 감속기의 안정성을 보장하기에 부족하며 이를 개선 할 수 있는 방법이 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 기계요소 설계에 사용되고 있는 시뮬레이션 소프트웨어인 KISSsoft를 이용하여 감속기 기어의 강도 해석 및 최적 설계 방법을 제시하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 트랙터의 차륜 구동에 사용되는 헬리컬 기어 감속기를 대상으로 기어 강도에 대하여 강도 해석을 실시하였다. 시뮬레이션은 감속기에 연결되어 사용되는 모터의 최대 및 정격 회전속도를 이용하여 실시되었으며, 이를 통해, 기어의 안전율은 1.3을 초과하여 헬리컬 기어의 재료 변경 및 치형수정을 통한 최적 설계 방안을 제시하였다.