소형 배추수확기 개발을 위한 요소기술 분석 및 성능시험 = Analysis of Element Technology and Performance Test for the Development of a Small Type Chinese Cabbage Harvester

국문 초록 (Abstract)

Purpose: 배추는 한국의 엽채류 채소의 재배면적 중 전체의 66.4%, 생산량은 전체의 82.2%로 가장 큰 부분을 차지한다. 그러나 2021년 기준 가을배추 수확 작업의 경우 기계화율은 거의 진행되지 않아 배추 재배면적 확대와 수익 증대가 어려운 실정이다. 따라서 배추 수확 작업의 기계화율 향상을 위해서는 우리나라 재배환경에 적합한 배추수확기가 필요하며, 본 연구에서는 소규모 배추 재배 농가에서 사용 가능한 소형 배추수확기를 설계 및 개발하였다. Methods: 배추의 인발과 동시에 배추 뿌리부를 절단하고 이송할 수 있는 몸통 파지 방식의 인발·절단·이송 메커니즘을 고안하였고 적정 절단력 및 파지력을 위한 요소기술을 분석하였다. 절단된 배추의 이송 메커니즘 개발을 위하여 동역학적 해석 시뮬레이션(RecurDyn)을 통해 이론적인 계산값과 시뮬레이션 해석값을 비교하여 배추 이송 시 적정 파지력을 검토하였고, 현장시험을 통해 배추수확기의 이송·절단 성능을 평가하였다. Results: 분석 결과, 배추 무게 3.9kg에 대한 파지력은 최소 44.44N 이상으로 요구된다. 이에 따른 시뮬레이션 해석값은 소형배추(2.3kg) 파지력은 최소 50.37N, 대형배추(3.9kg) 파지력은 최소 52.22N으로 무게별 파지력은 큰 차이를 보이지 않았으며 배추 3개 이송 시 최소 파지력은 44.90N으로 나타났다. 배추의 개수가 많아진 경우 파지력이 낮아졌으나 요구되는 이송벨트 파지력은 충분한 것으로 나타났다. 현장 시험 결과 배추의 인발, 파지, 이송이 원활하게 이루어졌으며, 3개의 배추를 동시에 이송하는 작업에 문제가 없었다. 개발된 배추수확기의 작업속도 0.2m/s, 절단 높이 5, 10mm로 설정하여 수확시험을 실시한 결과, 각각의 절단 성공률은 68.8%, 73.3%로 나타났다. Conclusions: 선행연구 결과에 비해 배추수확기의 수확 성능이 향상되었다. 그러나 장기적으로 배추 망포장 작업을 보다 효율적으로 실행하기 위한 포장 자동화 연구가 필요하고 배추수확기의 현장보급을 위해서는 절단성공률을 더욱 향상시킬 필요가 있는 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구사 3
• Ⅱ. 재료 및 방법 6
• 1. 배추수확기 Layout 6
• 2. 수확장치부 7
• 1) 수확장치부 개요 7
• 2) 수확장치부 메커니즘 분석 9
• (1) 인입공정 9
• (2) 절단공정 13
• (3) 이송공정 17
• ① 이송벨트 tensioner 메커니즘 17
• ② 마찰계수 실험 21
• ③ 해석 시뮬레이션 22
• 3. 시작기 제작 26
• 4. 공시 포장 및 작물 조건 28
• 5. 성능시험 방법 30
• Ⅲ. 결과 및 고찰 32
• 1. 이송부 시뮬레이션 결과 32
• (1) 스프링 선정 32
• (2) 롤러와 벨트 간 접촉력(𝐹2) 해석 36
• (3) 배추 무게별 파지력(𝑁𝐵) 해석 37
• (4) 배추 개수별 파지력(𝑁𝐵) 해석 39
• 2. 실내시험 결과 41
• 3. 현장시험 결과 43
• Ⅳ. 결론 및 요약 46
• Ⅴ. 참고문헌 48
• Abstract 50