중형 고추 수확기 개발을 위한 기초연구(2) - 탈실부 성능 시험-

신서용 ( Seo Yong Shin ),김규봉 ( Kyu Bong Kim ),조용진 ( Yong Jin Cho ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김수빈 ( Su Bin Kim ),양은영 ( Eun Young Yang ),채수영 ( Soo Young Chae ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

국내의 노지 고추 재배 면적은 2010년 44,584ha에서 2019년 31,644ha로 29% 감소하였다, 전체 고추 재배 포장지의 66.3%가 1 ha 이하이며, 전체 고추재배 농가 중 67.6%가 1 ha이하이다. 기존 연구된 대형 고추 수확기는 대규모 재배면적에 적합하여 중·소 규모가 대부분인 국내 고추농가에 적합하지 않다. 본 연구는 국내 중·소 규모의 고추농가에 적합한 중형 고추 수확기계의 개발을 위하여 소형화된 탈실부의 성능을 확인하기 위하여 수행하였다. 중형 고추 수확기의 제원은 4,380 × 1,780 × 1,650 (W x L x H, mm)이다. 탈실부 Helix의 회전속도 650rpm, 작업속도 0.2m/s에서 시판 품종인 매운탄과 에코스타 2수준에서 각 10주씩 3반복 시험하였다. 시험은 고추 탈실효율, 줄기부착과율, 미 탈실율, 손실율, 손상과율, 이물질비율에 대하여 분석하였다. 시험 결과 탈실효율은 매운탄과 에코스타에서 각각 평균 92.8%, 90.5%로 나타났고, 줄기 부착과율은 27.9%, 17.3%로 나타났다. 미 탈실율은 5.5%, 7.7%로 나타났으며, 손실율은 1.7%, 1.8%로 차이가 없었다. 탈실에 의한 손상과율은 13.5%, 6.4%로 나타났으며, 이물질 혼입율은 23.1%, 21.1%로 나타났다. 중형 고추수확기의 탈실부 성능시험 결과 품종간의 탈실율, 미 탈실율, 손실율, 이물질 혼입율에서의 편차는 0.1 ~ 2.3%로 미미하였고, 손상율과 줄기부착과율에서 편차는 7.1 ~ 10.6%로 품종간의 차이가 나타났다. 탈실율 90%이상 조건에서 손상과율과 줄기부착과율에 대한 개선 연구 후 추후 다양한 품종에서의 추가 실험을 수행하여 중형 고추 수확기의 성능 검토가 필요 할 것으로 보인다.

CFD를 이용한 고추 수확기의 풍구 유동해석

신서용 ( Seo Yong Shin ),조용진 ( Yongjin Cho ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

국내의 고추 재배 면적, 생산량, 자급률은 2000년 각각 74,471 ha, 193,786 ton, 89% 에서 2020년 31,146 ha, 60,076 ton, 40%로 매년 감소하고 있다. 반면에 고추 수입량은 30,000 ton 에서 123,000 ton으로 연평균 9%씩 증가하고 있다. 개발 중인 중형 고추수확기는 선별 후 작은 줄기, 잎 등의 이물질 비율이 10% 이상 수집되어 생산성 저하와 추가 노동 투입에 대한 비용 증가로 이어지고 있다. 본 연구는 고추 수확기의 이물질 선별부의 풍구 개선 설계에 앞서 CFD해석(Fluent 2020 R1 프로그램 이용)을 수행하여 유체의 흐름을 분석하였다. 개선 설계된 풍구의 크기는 길이 631mm, 폭 510mm, 높이 602mm의 원형 형상으로 설계하였으며, 내부는 2개의 동일한 임펠러로 구성되어있다. 임펠러 크기는 지름 330mm, 폭 137mm이며, 12개의 날개로 이루어져 있다. CFD 해석을 위해 단순화 작업된 설계 모델링을 하였으며, 해석 요인은 회전수 3수준, 풍구 토출구 가이드 형태 3수준으로 해석을 진행하였다. 해석 조건은 정상상태 해석인 MRF(Moving Reference Frame) 방법으로 임펠러의 Fluid Moving Zone을 형성하여 진행하였다. 작동 유체는 공기로 난류 Standard K-ℇ모델, inlet과 outlet은 대기압으로 설정하였다. 해석 후 풍구의 토출구 좌측, 중앙, 우측의 지점부터 선별이 이루어지는 안내가이드까지의 거리에서 유동속도에 따른 적절한 가이드형태를 확인하였다. 해석결과 가이드가 없는 경우에는 토출구 끝(0.4m)을 기준으로 배출되는 유동장의 형태는 회전속도가 증가 할수록 중심부위에서 유동 속도가 높게 나타나고, 토출구 0.4 ~ 1 m 거리 별 위치에서의 속도 편차는 최대 13 m/s로 나타났다. 3개 가이드의 경우에는 유동장과 유동 속도는 회전속도를 증가 하여도 좌, 우측에 고른 속도 분포로 거리 별 최대 편차는 3 m/s로 안정적으로 나타났고, 5개 가이드의 경우는 좌, 우측으로 고르지 못한 유동장과 거리별 최대 편차는 9 m/s로 나타났다. 결론적으로 3개 가이드 형태의 토출구로 적용하면 고른 속도 분포로 이물질 선별율이 좋은 결과를 가질 것으로 판단되었다. 또한 풍구의 적정 회전 속도는 고추의 종말 속도 등을 고려하여 선정되어야 할 것으로 판단된다.

고추 수확기 풍구의 요인 시험

신서용 ( Seo Yong Shin ),김규봉 ( Kyu Bong Kim ),조용진 ( Yong Jin Cho ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),강영선 ( Young Sun Kang ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

고추의 국내 노지재배 면적은 2000년 74,471ha에서 2019년 31,644ha로 57.5%로 감소하였고, 연간 고추 생산비는 10a당 2000년 1,126천원에서 2019년 3,490천원으로 3배 이상 상승 되었다. 고추 재배의 생산비 절감을 위해서 수확 작업의 기계화가 연구되고 있으나 정선 시스템의 어려움으로 수확 후 2차 이물질 선별이 필요한 실정이다. 현재 개발 중인 자주식 고추수확기계로 고추를 수확 시 수집탱크에 줄기, 잎 등의 이물질 등이 유입되어 기계 수확 후 추가 노동력이 발생되고 있다. 본 연구에서는 선별부 풍구에 대한 요인 실험을 통해 적절한 작동 조건을 결정하기 위하여 수행하였다. 풍구는 2개의 임펠러가 장착되어 있고, 임펠러는 지름 330mm, 폭 137mm로 12개의 날개로 이루어져 있다. 고추 이물질 선별 요인 설정으로는 회전속도 1600, 1800, 2000 rpm(3수준) 과 풍구의 경사각 34°, 41°, 48° (3수준), 풍구의 출구가이드는 기본 가이드, 3개 가이드(2수준) 로 설정 하였다. 고추 시료는 국립 원예특작과학원에서 2019년 11월 20일 정식하여 2020년 3월 20일에 채취하였으며 기계수확 데이터를 기초로 고추, 줄기, 잎의 무게비율로 계산하여 요인시험에 사용 하였다. 요인시험 결과 풍구의 경사각도 및 회전속도에서 출구 가이드여부에 대하여 고추 수집률과 이물질 선별률을 분석 하였다. 경사각 34도에서 기본 가이드는 1800, 2000 rpm에서 고추 손실이 2.9 ~ 6.9% 나타났다. 3개 가이드에서는 고추 손실이 없었다. 경사각 41도와 48도는 기본가이드가 3개 가이드 보다 풍구 회전 속도가 증가하면 고추 수집률이 27.1 ~ 367.8 % 낮게 나타났다. 풍구의 이물질 선별률은 경사각 34도에서 1600, 1800 rpm에서는 기본 가이드가 19.5 %, 4.1 % 높았으나 2000 rpm에서는 3개 가이드가 6.7 % 높게 나타났다. 41도에서 기본 가이드는 회전속도 별 편차가 3 % 미만이었고, 기본 가이드가 29.9 % 높은 이물질 선별률이 나타났다. 48도 경사각에서는 기본 가이드와 3개 가이드의 이물질 최대 편차가 2.1 % 미만으로 유사하게 나타났다. 이에 풍구 요인 시험 결과 고추 수집률 95% 이상과 이물질 선별률 95% 이상 조건으로 분석결과 회전속도 2000 rpm, 경사각도 34도, 출구 가이드 3개 일 때 최적의 작동 조건으로 판단하였다. 추후 다양한 경사각 및 회전속도 등에서의 추가 실험을 수행하여 선별 성능 검토가 필요 할 것으로 보인다.

고추 수확기 줄기분리 드럼 선별장치의 성능시험

신서용 ( Seo Yong Shin ),조용진 ( Yongjin Cho ),김명호 ( Myoung Ho Kim ),홍이수 ( Yi Su Hong ),양은영 ( Eun Young Yang ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

국내 건고추 생산비는 노동비, 종자, 농약, 자재 가격 상승으로 2012년 321만원에서 2019년 348만원으로 연평균 1%씩 상승하였고, 경영비 역시 2012년 109만원에서 2019년 122만원으로 연 2%씩 상승하는 추세이며, 고령화 확대로 2019년 70세 이상 재배가구 수가 50%를 차지하고 있다. 농가에 보급하고자 개발한 중형고추수확기는 수확 후 탈실이 덜 된 줄기고추의 비율이 10% 이상이 발생하고 있다. 본 연구는 이런 탈실이 덜 된 줄기고추의 분리 및 선별장치를 개선하고자 하였다. 중형 고추수확기에서 줄기고추를 분리하도록 고안된 3축과 4축 드럼선별장치의 탈실 선별 성능시험을 실시하였다. 드럼 선별 장치는 지름 220mm, 길이 680mm로 급치는 브러쉬를 30mm 간격으로 장착하였으며, 3축 드럼선별장치는 각 축별로 278, 793, 370rpm 드럼 회전속도로, 4축 드럼선별장치는 각 축별로 278, 793, 370, 793 rpm 의 드럼 회전속도로 분리 및 선별성능 시험을 실시하였다. 시험은 AR칼라박사 품종의 10개의 고추가 달린 줄기 고추를 1회 시험에 5줄기를 투입하여 각 드럼 별로 3반복 시험하였다. 성능평가는 정상 분리과율, 줄기부착과율, 손상율을 조사하여 비교하였다. 시험 결과 정상적으로 분리되는 고추 과율은 3축과 4축 드럼에서 각각 52.3%, 44%로 나타났고, 줄기부착과율은 각각 37.8%, 45.5%로 나타났으며, 고추의 손상율은 각각 10%, 10.5%로 나타났다. AR칼라박사 품종 성능시험에서는 3축 드럼 선별장치가 4축 드럼 선별장치보다 고추 분리과율이 8.3% 높았으며, 줄기부착과율은 7.7% 낮고, 손상율도 0.5% 낮게 나타나 3축 드럼 선별장치가 성능이 높은 것으로 나타났다. 다양한 품종에 대하여 추가적인 필드 시험을 수행하고 이로부터 성능 검토할 필요성이 있다.

밭작업용 제초 로봇 개발을 위한 기초 연구 (I)-제초가 채소의 수확량에 미치는 영향 분석

신서용 ( Seo Yong Shin ),주현식 ( Hyun Sik Joo ),신주원 ( Joo Won Shin ),정남진 ( Nam Jin Chung ),조용진 ( Yongjin Cho ),남요상 ( Yo Sang Nam ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

최근 농촌의 노동력이 고령화되고 외국 노동자 인력 수급이 어려워지고 있어, 농촌 노동력 부족이 예상된다. 따라서 농번기에 노동력이 집중되는 제초작업을 위한 효율적이고 편리한 제초 로봇 개발이 시급한 실정이다. 국내에서는 벼농사용 제초 로봇이 개발되었으나 실용화 되지 못하고 있고, 외국에서 제초 로봇이 개발되어 있으나 고가이고 국내 실정에 맞지 않다. 따라서 국내 전형적인 밭농업 형태인 두둑이 있는 밭에서 동력소모가 적고 편리하게 제초할 수 있는 저렴한 제초 로봇 개발 및 보급이 필요한 실정이다. 본 연구는 밭작업용 제초 로봇을 개발하기 위한 기초 연구로서 제초로봇의 제초 효과와 고추 수확량을 조사하였다. 전북대학교 농업기계시험포장에 고추 재배를 위한 이랑을 성형하였으며 두둑에 비닐 피복 후 고추를 이식 후 두달 동안 재배하였다. 성형한 두둑 폭은 800mm, 고랑 폭은 600mm이다. 고추 품종은 일시 수확형 품종인 적영과 AR레전드를 대상으로 하였다. 각각의 품종에 대하여 제초 로봇 처리구와 무처리구를 3반복으로 두었으며, 처리구는 2주에 2회 제초 로봇이 운행되도록 처리하였다. 본 제초 시스템은 밭에서 고랑을 자주식으로 이동하면서 잡초가 자라기 전 혹은 조금 자랐을 때 더 이상 자라는 것을 물리적으로 방지하는 형식이다. 실험 결과, 제초 로봇에 의하여 0.6 m2 면적 내의 잡초발생량(생체중)은 5280.7g에서 619.7g으로 88.3% 감소였다. 무처리구와 처리구의 고추 1주당 평균 수확량을 비교해본 결과, 적영의 경우 145.5g에서 488.1g으로 235.5% 증가하였고, AR레전드의 경우 261.7g에서 406.0g으로 55.1% 증가하였다. 결론적으로, 제초로봇을 이용하여 노동력의 소모 없이 잡초 방제가 가능하고 관행재배 정도의 수확량도 얻을 수 있기 때문에 제초 로봇을 이용한 제초 자동화의 실현이 기대된다.

EDFA 광증폭기의 디지털 이득제어 시스템 개발

신동식(Dong Sik Shin),김남형(Nam Hyeoung Kim),신서용(Seo Yong Shin),송성호(Seong Ho Song) 한국통신학회 2011 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.2

외란 관측기를 이용한 EDFA 이득 제어 시스템 구현에 관한 연구

김남형(Nam Hyeong Kim),신서용(Seo Yong Shin),송성호(Seong Ho Song),김창섭(Chang Seob Kim) 한국통신학회 2012 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.2

중형 고추 수확기 풍구의 성능개선

이명희 ( Myung Hee Lee ),신서용 ( Seo Yong Shin ),강영선 ( Young Sun Kang ),김수빈 ( Su Bin Kim ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

고추 재배면적은 28,824ha로 국내 조미채소 재배 면적 중 가장 많은 면적을 차지한다. 국내 고추 재배지의 66.3%가 1.0ha 이하인 소규모 농가가 대부분을 차지하고 있어, T사는 중, 소규모 농가가 대부분을 차지하고 있는 국내 실정에 맞춰 중형의 고추 수확기를 개발 중에 있다. 현재 개발 중인 수확기계로 수확 시 수집함에 다량의 협잡물이 유입되어 수확 후 추가 노동력이 발생되는 상황이다. 이에 이전 연구에선 선별부 성능 개선을 위해 임펠러가 없는 간단한 형상으로 유동해석을 실시하였다. 본 연구에서는 임펠러를 부착한 모델링을 사용하여 유체의 유동을 분석하였고, 그 결과 풍구에서 풍향이 일정하게 나오지 않는 것을 확인하였다. 이에 선별부 풍구의 성능 개선을 위해 풍향 가이드를 추가 모델링하고 그 유동을 비교하였다. 중형 고추 수확기 3차원 설계는 Pro-E Program을 사용하여 현 풍구와 출구에 2개와 4개의 풍향 가이드를 추가한 3가지 모델의 풍구를 설계하였다. 해석은 Ansys Fluent를 이용하였고, 해석 시 외부 유동장을 설정하여 유체는 공기, 유체의 흐름은 난류 모델인 k-epsilon 모델을 사용하였다. 풍구 출구의 풍향을 확인하기 위해서 풍구 출구를 좌측, 중앙, 우측 3부분으로 나누고 출구에서 15cm 떨어진 각 부분의 풍속을 확인하였다. 현 풍구에선 좌측, 중앙, 우측 각각 1.7, 3.4, 3.2 m/s로 측정되어 중앙과 우측의 부분보다 좌측의 풍속이 낮은 것으로 나타났다. 2개의 풍향 가이드를 추가하여 해석한 결과 좌측, 중앙, 우측 각각 1.4, 2.8, 3.0 m/s로 해석되었고, 4개의 풍향 가이드를 추가하여 해석한 결과는 좌측, 중앙, 우측 각각 2.3, 3.3, 2.7m/s로 해석되었다. 2개의 풍향 가이드를 추가하였을 때와 추가하지 않았을 때의 풍향은 같은 경향을 보였지만, 4개의 풍향 가이드를 추가하여 해석하였을 때는 풍구 출구에서 이전보다 고르게 유동이 분포되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 풍구 출구에 4개의 풍향 가이드를 추가하여 선별작업을 한다면 작업능력을 향상시킬 수 있을 것이라고 판단했다. 차후에는 본 해석을 통하여 유동 해석의 타당성을 확인할 필요가 있으며, 풍향 가이드의 길이 및 각도를 조정한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

마늘 수확기 이송부 경사에 따른 요인 시험

김규봉 ( Kyu Bong Kim ),신서용 ( Seo Yong Shin ),조용진 ( Yong Jin Cho ),김영근 ( Young Keun Kim ),최일수 ( Il Su Choi ),김대철 ( Dae Cheol Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

국내 대부분의 마늘 농가에는 단순 굴취식 마늘 수확기가 보급되어 있으며, 보급된 마늘 수확기 사용 시, 표토에 남겨진 마늘을 수거하기 위하여 추가적인 인력을 사용한다. 추가 인력을 줄이기 위하여 수집이 가능한 수확기를 개발 중에 있다. 개발 중인 마늘 수확기는 굴취부, 이송부, 수집부로 되어 있다. 개발중인 수확기 중 수집부를 제외한 크기는 1675 x 1275 x 1185(L x W x H)mm로 크기가 크다. 마늘수확기의 크기를 줄이기 위하여 대부분 차지하고 있는 이송부의 경사를 높여 전장을 단축시키려고 한다. 이송부의 경사별 마늘 이송율을 파악하기 위하여 시험을 수행하였다. 이송율을 보기 위하여 전남농원 기술원 마늘필드의 토양, 의성 마늘을 사용하였다. 시료 토양과 마늘 10개로 8kg의 무게를 만들었다. 요인은 이송부의 경사 3수준(40°,45°,50°), 회전속도 3수준(200 RPM, 300 RPM, 400 RPM)으로 3반복 하였다. 이송부의 경사 40°의 경우 회전속도 상관없이 80%이상의 높은 이송율을 보였으며, 45°의 경우 이송부 회전속도 200, 300, 400 RPM에 따라 35%, 78%, 80%이다. 경사 50°의 경우 이송부 회전속도 200, 300, 400 RPM에 따라 30%, 53%, 37%로 나타났다. 즉, 이송부 경사각을 크게 하면 기체의 길이를 줄일 수 있는 장점은 있지만, 대신 이송율이 낮아지는 것으로 실험 결과 나타났다. 따라서, 이송부 경사각은 45°이내, 가능하면 40°정도로 설정하는 것이 좋을 것으로 판단된다.

Superstructure 광섬유 브래그격자(SSFBG)를 이용한 광코드분할다중화 부호기 및 복호기

김성철(Kim, Sung-Chul),신서용(Shin, Seo-Yong) 한국정보전자통신기술학회 2008 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.1 No.1

본 논문에서는 SSFBG(superstructured fiber Bragg grating)를 하나가 아니라 다수를 어레이로 배열하여 구성한 광CDMA 부호기 및 복호기에 대해 연구하였고, 이를 광CDMA 시스템으로 구성하여 제대로 동작됨을 보였다. 시스템의 성능을 나타낼 지표로 eye-diagram 및 Q-factor를 이용하여 결과를 보였으며, 부호기와 복호기가 서로 매칭이 될 경우에 Q-factor가 14.53 dB가 나옴을 확인하였다. In this paper, we proposed a novel encoder/decoder for an optical CDMA(code division multiple access) system by using an array of SSFBGs(superstructured fiber Bragg gratings). The feasibility of the system is shown by the simulations. The Q-factor for the system was 14.53 dB when the well-known Gold codes are used.