여름감자 기계수확 시 작업기에 따른 트랙터 소요동력 및 PTO 축 피로특성 분석 = Analysis of Tractor Power Consumption and PTO Shaft Fatigue Characteristics by Implement Type during Summer Potato Mechanical Harvesting

국문 초록 (Abstract)

여름감자는 주로 돌 함량이 높은 고랭지 지역에서 재배되며, 수확 작업 중 토양 내 돌과 이물질에 의해 트랙터 PTO 축에 불규칙한 부하가 발생할 수 있다. 또한 감자 수확 작업에는 농가 작업환경에 따라 다양한 작업기가 사용되므로, 작업기 유형별 PTO 축 부하 특성을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 강원도 평창군 시험 필지에서 감자 기계수확 작업 시 작업조건 및 작업기 유형에 따른 트랙터 소요동력과 PTO 축 부하 특성을 분석하였다. 현장시험은 제원이 서로 다른 세 유형의 감자 수확기를 42 kW급 트랙터에 장착하여 수행하였으며, 작업조건은 주행단수 3수준과 PTO 단수 2수준으로 설정하였다. 엔진 출력축, 차축 및 PTO 축의 토크와 회전속도를 계측시스템을 이용하여 측정하였고, 이를 바탕으로 소요동력을 산출하였다. 또한 PTO 축의 피로수명을 도출하기 위해 레인플로우 계수법, Goodman 방정식 및 Palmgren–Miner 선형누적손상법을 적용하였다. 분석 결과, 엔진 소요동력과 PTO 축 소요동력은 각각 5.50–9.68 kW 및 1.18–4.65 kW 범위로 나타났다. 동일한 주행조건에서 PTO 단수가 증가할수록 PTO 축의 피로수명은 감소하는 경향을 보였다. 연간 작업시간을 고려한 PTO 축의 최소 피로수명은 약 30,000년으로 산정되어, 본 연구에서 설정한 모든 작업조건과 작업기 유형에서 PTO 축은 피로파손에 대해 안전한 것으로 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Summer potato cultivation is primarily conducted in highland regions with high stone content, which causes irregular loads on the tractor PTO shaft during harvesting operations. Since different implements are applied depending on farm conditions during potato harvesting operations, it is necessary to analyze the load characteristics of the PTO shaft for each implement. This study analyzed the consumed power and PTO shaft load characteristics according to changes in operating conditions and harvester types during potato harvesting in an experimental field in Pyeongchang, Gangwon-do. Field tests were conducted using a 42 kW tractor equipped with three types of potato harvesters with different specifications, under three levels of driving gear and two levels of PTO gear. Torque and rotational speed of the engine output shaft, axle, and PTO shaft were measured using a measurement system to calculate the consumed power. The Rain-flow counting method, the Goodman equation, and the Palmgren–Miner rule were applied to derive the fatigue life of the PTO shaft. The results showed that the consumed power of the engine and PTO shaft ranged from 5.50 to 9.68 kW and from 1.18 to 4.65 kW, respectively. Under the same driving condition, the fatigue life of the PTO shaft tended to decrease as the PTO gear increased. Furthermore, when annual operating time was considered, the minimum fatigue life of the PTO shaft was estimated to be 30,000 years, indicating that the PTO shaft was safe against fatigue failure under all operating conditions and implement types.