감자 생산 전과정기계화 현장적응 시험

윤영태 ( Youngtae Yun ),최일수 ( Ilsoo Choi ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최용 ( Yong Choi ),현창식 ( Changsik Hyun ),조지홍 ( Jihong Jo ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

감자는 5대 식량작물의 하나로 봄감자 외에도 다양한 작형에서 연중 생산되는 농가의 중요한 소득작물로 재배면적은 ′12년 24.9천ha에서 ′16년 22.0천ha로 감소하고 있고, 기계화율¹⁾은 67.4%로 감자 재배작업 단계 중 경운·정지, 방제, 굴취 작업은 기계화가 많이 이루어졌으나, 그 외 작업은 여전히 인력에 의존하고 있어 기계화가 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 감자 생산 전과정기계화 작업체계 확립을 위하여 주요 작업공정에 개발 중인 감자 파종기(′17년 개발 완료)와 줄기파쇄기(′17년 개발 완료) 및 보급기종을 투입한 전과정기계화 현장적응 시험을 수행하고 총 소요작업 시간 및 시작기의 포장성능을 분석하였다. 감자 생산 전과정기계화 현장적응 시험은 강릉에 위치한 국립식량과학원 고령지농업연구소 시험 포장에서 수행하였으며, 기계화 적응 재배양식을 두둑폭 75 cm, 조간 30 cm, 주간 25 cm로 설정하고, 본밭준비부터 수확까지 주요 작업공정에 농기계를 투입한 기계화구와 보급이 활발한 농기계 외에 인력을 투입한 관행구를 조성하였다. 감자 재배 기계화 작업공정은 ‘본밭준비(기비살포, 경운·정지)-비닐피복-파종-줄기처리-수확’으로 구성하고, 그 외 작업은 관행과 같은 조건으로 구성하였다. 작업공정별 투입기종은 기계화구의 경우 동력살분무기, 로터베이터, 전자동 감자파종기(휴립+파종+비닐피복), 줄기파쇄기, 굴취기를 투입하였으며, 관행구는 보급이 활발한 로터베이터, 휴립피복기, 굴취기외에는 인력을 투입하였다. 소요작업 시간 분석결과 기계화구는 27.4시간/10a으로 관행 40.7시간/10a 대비 32.7%의 노력절감 효과가 있는 것으로 분석되었으며, 개발 중인 시작기의 포장성능은 전자동 감자 파종 시작기의 경우 작업성능은 1.0시간/10a, 결주율 2.5%, 주간거리 25.6±5.88 cm, 줄기파쇄 시작기의 경우 작업성능은 1.2시간/10a, 평균 절단길이(잔존)는 12.9 cm로 양호한 것으로 분석되었다.

양파 줄기파쇄 시작기 설계 · 제작 (Ⅰ)

윤영태 ( Youngtae Yun ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최일수 ( Ilsoo Choi ),최용 ( Yong Choi ),현창식 ( Changsik Hyun ),남영조 ( Youngjo Nam ),김문택 ( Moontaek Kim ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

양파 재배의 기계화는 논농사용 기계를 공용으로 이용하는 경운·정지, 방제, 휴립피복 작업을 제외하고 기계화가 미흡한 실정으로 경운· 정지 99%, 정식 8%, 방제 98%, 휴립피복 72%, 수확 21%로 정식 및 수확작업에 농업기계가 요구되어지고 있다. 국내 양파 재배는 재배지역과 토성에 따라 밭양파와 논양파로 구분되며 재배양식 및 방법에 큰 차이가 있다. 논양파는 주로 경상도 지역에서 재배하며 수확 시 인력으로 줄기를 절단한 후 비닐을 걷어내고 굴취기를 이용하여 수집하고, 밭양파는 주로 전라도 지역에서 재배하며 굴취기로 양파를 굴취 후 노지건조한 후 인력으로 줄기를 자르면서 수집한다. 따라서 재배형태(논양파, 밭양파)에 따라 서로 다른 농기계가 요구되어지고 있으며, 특히 논양파의 경우 벼 2모작으로 수확시기가 짧아 건조기간 없이 수확(줄기절단·굴취·수집)작업이 단시간에 이루어져야하기 때문에 줄기절단 작업의 기계화가 필요한 실정이다. 본 연구는 양파 줄기절단 작업 기계화를 위하여 트랙터 부착형양파 줄기파쇄 시작기를 설계·제작하였다. 트랙터 부착형 양파 줄기파쇄기는 트랙터 PTO에서의 구동력 전달을 위한 연결 조인트, 동력 전달과 PTO 회전수 변환을 위한 기어박스, 구동축으로 구성된 동력 전달부, 2조의 회전형 절단날, 양파절단 높이 설정 조정부, 높이 제어를 위한 센서부 및 작업기의 원활한 동작과 자체무게 지지를 위한 프레임 등으로 구성하였다. 양파 줄기파쇄기는 기울어진 절단 날의 회전을 이용하여 흡입력을 발생시켜 쓰러진 양파줄기를 일으켜 세우고 이를 절단하며 잘게 파쇄 되도록 설계하였으며, 파쇄된 양파줄기를 회전에 의해 발생한 풍압을 이용하여 양파 두둑의 양쪽 이랑에 분쇄된 상태로 뿌려 부패하면서 자연스럽게 분해되도록 하였다. 또한 절단 높이 제어 센서를 부착하여 양파 두둑의 요철을 감지하고, 이를 이용하여 파쇄기의 바퀴 높이를 조절하도록 하여 두둑의 요철과 무관하게 양파줄기의 잔존길이를 설정한 값으로 절단할 수 있도록 제작하였다. 회전형 절단날은 양파줄기의 깨끗한 절단을 위하여 적정한 회전수 및 칼날 연마각의 관계를 최적화한 상태로 설계하였으며, 줄기절단 높이 조정범위는 20~150 mm 범위로 조절 가능하도록 하였다.

양파 줄기절단을 위한 줄기세움 메커니즘 연구

윤영태 ( Youngtae Yun ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최일수 ( Ilsu Choi ),최용 ( Yong Choi ),현창식 ( Changsik Hyun ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

국내 양파 재배는 논양파와 밭양파로 구분되며 재배형태에 따라 수확방법이 달라진다. 논양파의 경우 줄기를 절단 후 비닐을 제거하고 양파를 굴취, 수집하고 있어 줄기 절단작업의 기계화가 필요한 실정으로 양파 수확시기 도복된 양파 줄기를 일으켜 세워 절단할 수 있는 기계의 개발이 필요하다. 또한 양파재배 작업별 노동 투하시간은 총 241.2hr/10a로 수확작업에서 줄기절단 30%, 굴취 60%, 수집 10%의 비율로 노동력 전체 노동 투하시간 중 줄기절단에 27.6hr/10a으로 정식작업 다음으로 많은 시간이 소요된다. 이에 본 연구에서는 양파 줄기절단 작업의 기계화를 위하여 줄기파쇄기 절단날의 회전속도 기초 데이터를 분석하였다. 양파 줄기절단을 위한 줄기세움 시험장치는 도복된 양파 줄기를 절단날의 회전에 의한 풍압으로 일으켜 세워 줄기를 절단하는 장치로 절단날을 회전시킬 수 있는 구동모터, 절단날의 회전속도를 조절할 수 있는 컨트롤박스, 양파 트레이 승강높이를 조절할 수 있는 절단높이 조절부, 공기의 유입량을 조절할 수 있는 공기 유입구, 절단된 줄기 및 공기가 빠져나갈 수 있는 통풍구, 줄기가 세워지는 모습을 관찰할 수 있는 모니터링창, 절단 각도가 각각 다른 3종의 절단날으로 구성하였다. 줄기세움 메커니즘을 구명하기 위한 실험은 수확시기 줄기를 절단하지 않고 수확한 양파(함수율 81.7%)를 사용하였다. 또한 절단날의 각도 3수준(20°, 25°, 30°), 절단높이 3수준(5cm, 8cm, 10cm), 공기유입구 열림량 3수준(0%, 50%, 100%)으로 설정하여 요인 험을 실시하였으며, 요인별 절단날의 줄기세움 회전속도와 잔존줄기길이를 비교하였다. 양파 줄기세움 실험결과 절단날의 각도가 커질수록 줄기가 처음 세워지기 시작하는 최소 회전속도가 낮아지는 경향을 보였다. 절단높이가 낮을수록 줄기가 세워지기 시작하는 최소 회전속도가 낮았으며 공기유입구 열림량이 클수록 최소 회전속도가 낮았다. 잔존 줄기길이 또한 절단날 각도가 크고 공기유입구 열림량이 클수록 낮아지는 경향을 보였다. 따라서 양파 줄기절단은 절단날 각도 30°, 절단높이 5cm, 공기유입구 100%(36.75㎠) 열었을 때 가장 이상적 이였다. 이때 절단날의 줄기세움 최소 회전속도는 460rpm, 잔존줄기길이 8.28cm를 보여 가장 양호하였다.

양파 줄기파쇄 시작기 포장성능 시험 (Ⅰ)

김영근 ( Youngkeun Kim ),최일수 ( Ilsu Choi ),윤영태 ( Youngtae Yun ),최용 ( Yong Choi ),강태경 ( Taegyoung Kang ),이상희 ( Sanghee Lee ),현창식 ( Changsik Hyun ),권영석 ( Youngseok Keon ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

양파는 국민 식생활에 필수적인 양념채소로, 고추, 마늘과 함께 3대 양념 채소로 분류되고 있으며, 10a당 소득은 2016년 2,117,351원으로 쌀 560,966원 보다 약 4배 높은 농가 중요 소득 작물이나¹⁾, 농촌 노동력 부족 등으로 재배면적은 ’11년 22.9천ha에서 ’17년 19.5천ha로 감소하고 있는 실정이다. 기계화율은²⁾60.2%로 경운·정지, 비닐피복, 방제를 제외하고는 기계화가 미흡한 실정으로 그 동안 노력이 많이 소요되는 정식 및 수확작업의 기계화를 위하여 정식기, 수확기 등을 개발하여 왔으나, 국내 양파 재배는 논양파와 밭양파로 구분되며 재배형태에 따라 수확방법 및 재배양식이 달라 일부지역에서만 정식 및 수확작업의 기계화가 이루어지고 있다. 특히 수확작업의 경우 논양파는 줄기절단 후 굴취, 수집하고 있으며, 밭양파는 굴취 후 노지건조, 줄기절단, 수집하고 있어 서로 다른 농기계가 요구되고 있다. 이에 논양파 줄기절단 작업의 기계화를 위하여 트랙터부착형 줄기파쇄 시작기를 제작하고 포장성능시험을 수행하였다. 시작기의 양파 줄기절단 포장성능 시험은 경남 창녕군 유어면 소재 농가포장에서 홍반장 품종을 대상으로 실시하였으며, 37 kW급 트랙터를 이용하여 두둑과 시험장치 절단날 선단의 위치를 5~10 cm로 고정하고, 작업속도 3수준(0.4 m/s, 0.6 m/s, 0.8 m/s), 절단날 회전속도 3수준(1280, 1890, 2380 rpm) 별로 양파줄기를 파쇄한 후 10 m 작업 기준에서 무작위 3구간(1×1.2 m) 내의 절단되고 남은 잔존 양파 줄기길이를 조사하였다. 파쇄율은 비닐을 제거하는데 영향을 미치지 않는다고 판단되는 잔존 줄기의 길이가 20 cm 미만인 개수를 전체 줄기개수와 비교하였다. 절단날의 회전속도에 따른 파쇄 상태는 작업속도 0.4 m/s의 조건에서 1890 rpm 일 때 평균 잔존 줄기길이 10.0 cm, 평균 절단율 95.5%로 절단날 회전속도가 중속일 때 양호한 것으로 나타났으며, 작업속도별절단 상태는 절단날 회전속도 1,890 rpm의 조건에서 0.6 m/s일 때 평균 잔존 줄기길이는 9.75 cm, 평균 절단율은 96.1%로 가장 양호 하였다.

사막 벼 재배를 위한 물 절약형 파종 기계화 기술 분석

유승화 ( Seung-hwa Yu ),최덕규 ( Duck-kyu Choi ),김영화 ( Young-hwa Kim ),최일수 ( Il-su Choi ),우제근 ( Jea-keun Woo ),최용 ( Yong Choi ),현창식 ( Changsik Hyun ),류희석 ( Huiseok Ryu ),윤영태 ( Young-tae Yun ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

한-UAE 농업기술협력 사업의 일환으로 UAE 현지의 사막에 농지를 구축하고 벼를 재배하는 연구가 2019년부터 시작되었다. UAE 사막에 구축된 벼 재배를 위한 실증포장은 사막 모래로 이루어져 배수가 빠르고, 낮 기온이 45~50도로 매우 무덥고 건조한 사막 기후이다. 우리나라 벼 재배는 주로 담수재배함에 따라 UAE와 같은 사막 기후와 토양에서는 많은 양의 물이 필요하게 된다. 전면 담수방식으로 벼 재배 시 농업용수 사용비용이 연간 200만원/10a 이상 소요되므로 경제성 확보를 위한 물 절약 재배기술 개발이 시급하다. UAE 현지의 토양은 알칼리 상태로 선행 연구를 통해 벼 재배 가능성은 검증되었으나 경제적·환경적으로 지속적인 재배를 위해서는 물 및 양분 관리가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 UAE 사막 벼 재배 환경에서 물을 절약형 벼 파종 기계화 기술을 개발하고자 주요 요인을 분석하였다. UAE 현지 벼 파종 시 고려사항을 조사한 후 물 절약형 파종 기계화를 위한 맞춤형 농기계 설계 주요 요인을 분석하여 기계화 방안을 제시하였다. 조사한 결과, UAE 사막 토양에서 물을 절약하기 위해서는 전면담수보다는 벼 파종 위치에만 물을 공급할 수 있도록 해야 한다. 또 공급된 물이 토양을 중화시키는 기능을 함에 따라 특정 형태로 고랑을 형성해야 한다. 이 고랑 형태는 폭 10~15cm, 깊이 10~20cm, 두둑 폭 15~20cm 내외가 가장 적합한 것으로 조사되었다. 또한 이 고랑은 형성 후 물이 공급되어도 무너지지 않고 유지되어야 하는 조건을 가지고 있다. 이것은 파종 후 두둑에서 떨어진 흙이 고랑을 덮을 경우 볍씨의 출현에 장애되므로 고랑이 무너지지 않게 답압 필요하다. 이와 같은 조건을 종합하면, 사막 벼 재배 시 물 절약에 유리한 고랑재배에 적합하도록 견고한 고랑을 형성함과 동시에 볍씨를 파종 할 수 있는 복합형 파종기를 개발해야 할 것으로 판단되었다. 사막 기후와 토양 조건에 벼 재배를 위한 조건을 만족하는 두둑 성형 장치의 고안을 위해 시험 장치를 제작하였다. 이 시험 장치는 고랑 폭 10cm, 15cm 2수준, 깊이 10cm, 15cm, 20cm 3수준, 충격다짐 3수준으로 하여 사막 토양과 가장 유사한 전북 김제시에 위치한 새만금 간척지 시험포장에서 답압 성능 시험하였다. 그 결과, 수분이 없는 사막 유사 토양에서는 두둑 형성 후 원상태로 복원되거나 물 공급 시 두둑의 무너짐이 커 재 기능을 못하였다. 이 원인은 매우 건조한 사막 토양에서는 점성과 전하가 없어 뭉치이 일어나지 않았지 때문으로 판단되었다. 이것을 극복하기 위해 토양에 수분을 단계적으로 보충하였더니 견고한 고랑을 형성할 수 있어서 사막 벼 재배 조건에 부합하는 결과를 었을 수 있었다.

3륜형 승용관리기 횡전도각 분석 및 포장성능 시험

최일수 ( Ilsu Choi ),김영근 ( Youngkeun Kim ),최용 ( Yong Choi ),전현종 ( Hyeonjong Jun ),강태경 ( Taegyoung Kang ),이상희 ( Sanghee Lee ),김진구 ( Jingu Kim ),유승화 ( Seounghwa Yu ),현창식 ( Changsik Hyun ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

밭작물 재배에서 트랙터는 지상고, 바퀴폭 및 차륜폭 등의 제한으로 주로 경운·정지 작업에 이용되며, 밭작물 파종·이식, 관리(중경제초, 방제 등) 작업에 제약이 있다. 또한 국내에서 생산 보급되고 있는 4륜승용관리기는 주로 방제기, 비료살포기, 비닐피복기의 본체로 이용되고 있으나, 가격이 비싸고 다양한 재배양식에 따른 차륜폭 조절 및 본체 후방에 부착된 작업기로 인한 작업 상태 확인 등에 어려움이 있는 실정이다. 따라서 밭작물 재배 확대 및 농업 노동력 구조적 변화에 따른 고령자, 부녀자들도 안전하고 쉽게 사용 가능한 밭작물용 3륜형 승용관리기 개발이 필요하다. 이에 3륜형 승용관리기를 설계·제작하고 시작기의 안정성 및 작업성능을 평가하기 위하여 횡전도각을 분석하고 포장성능 시험을 수행하였다. 시작기는 3륜 구동방식으로 주변속은 HST 무단변속, 부변속은 2단 선택맞물림기어식 변속장치를 채용하였고, 운전자가 작업상태 확인과 작업기 조절이 용이하도록 mid-PTO 방식을 채용하여 작업기를 시작기의 전륜과 후륜사이 하부에 부착되도록 설계·제작하였다. 또한 다양한 밭작물 재배양식에 적용 가능하도록 후륜 차륜폭을 유압 실린더를 이용하여 1320~1720 mm 범위로 조절 되도록 하였으며, 선회반경 감소를 위하여 전륜에 배속장치를 설계하여 급선회가 가능하도록 하였다. 3륜형 승용관리기의 포장 경사도를 고려한 전도 안정성 분석을 위하여 시작기의(후륜)차륜폭을 요인으로 횡전도각을 분석하였으며, 농업기계 검정기준에 준하여 운전석에 75 kg의 모래주머니를 거치하여 시작기의 좌·우 한계 전도각을 측정하였다. 최소 전도각은 차륜폭이 1320 mm 일 때 좌전도각은 32.8°, 우전도각 32.1°로 분석되었으며, 최대 전도각은 차륜폭이 1720 mm 일 때 좌전도각은 40.3°, 우전도각 39.1°로 분석되었다. 시작기의 포장성능 시험은 경남 거창군 가북면 소재 농가포장에서 파종작업기를 부착하여 콩 파종 작업을 대상으로 수행하였으며, 작업성능은 농업과학기술 연구조사분석기준의 농작업기계 포장성능 산출식을 이용하여 분석하였다. 시작기의 콩 파종 작업성능은 평균작업속도 1.1 m/s, 유효작업폭 1.4 m, 평균 회행시간 147.9초 일 때 0.77시간/10 a로 분석되었다.