우리나라 농산물 시장은 전 세계적인 시장개방, 산업화에 따른 농촌노동력의 급속한 감소, 노령화로 인한 인건비 상승 등 어려운 여건 맞고 있다. 이러한 농업여건을 감안할 때 우리 농산물이 국제 경쟁에서 이기기 위해서는 첨단 농업과 공학기술을 이용한 새로운 기계화 기술개발로 새로운 농법으로 고품질의 농산물을 연중생산하고 생산된 농산물의 효율적인 수확 후 처리로 고부가가치화 하는 기술을 개발해야 한다. 양념채소 중에서도 고추는 김치문화가 전통적으로 뿌리 깊은 우리나라의 대표적인 조미료 원료로서 독특한 맛과 색깔을 이용하여 김치를 만드는 필수양념으로 재배면적과 소비량이 꾸준히 증가하고 있다. 고추는 ha당 총 노동투하시간 2,436 시간 중 수확작업시간은 954 시간으로 총 노동투하시간의 39.2%를 점유하고 있어 수확작업의 생력화를 위해 고추수확작업의 기계화가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 일시수확이 가능한 가공용 고추를 대상으로 재배의 많은 노동력이 소요되고 노동피크를 형성하는 수확작업을 생력 기계화할 수 있는 고추 기계수확 시스템을 개발했다. 고추 수확작업의 기계화를 위하여 고추 주산단지를 중심으로 고추재배 및 수확실태와 고추의 물리적 특성을 조사 ․ 측정 ․ 분석하였으며, 고추 수확의 핵심이 되는 고추 예취, 탈과 ...
우리나라 농산물 시장은 전 세계적인 시장개방, 산업화에 따른 농촌노동력의 급속한 감소, 노령화로 인한 인건비 상승 등 어려운 여건 맞고 있다. 이러한 농업여건을 감안할 때 우리 농산물이 국제 경쟁에서 이기기 위해서는 첨단 농업과 공학기술을 이용한 새로운 기계화 기술개발로 새로운 농법으로 고품질의 농산물을 연중생산하고 생산된 농산물의 효율적인 수확 후 처리로 고부가가치화 하는 기술을 개발해야 한다. 양념채소 중에서도 고추는 김치문화가 전통적으로 뿌리 깊은 우리나라의 대표적인 조미료 원료로서 독특한 맛과 색깔을 이용하여 김치를 만드는 필수양념으로 재배면적과 소비량이 꾸준히 증가하고 있다. 고추는 ha당 총 노동투하시간 2,436 시간 중 수확작업시간은 954 시간으로 총 노동투하시간의 39.2%를 점유하고 있어 수확작업의 생력화를 위해 고추수확작업의 기계화가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 일시수확이 가능한 가공용 고추를 대상으로 재배의 많은 노동력이 소요되고 노동피크를 형성하는 수확작업을 생력 기계화할 수 있는 고추 기계수확 시스템을 개발했다. 고추 수확작업의 기계화를 위하여 고추 주산단지를 중심으로 고추재배 및 수확실태와 고추의 물리적 특성을 조사 ․ 측정 ․ 분석하였으며, 고추 수확의 핵심이 되는 고추 예취, 탈과 요인시험을 통하여 탈과장치의 설계방향과 작업조건을 구명하였다. 그리고 그 결과를 토대로 배부형 고추예취기와 트랙터부착형 고추탈과기로 이루어진 고추 기계수확 시스템을 개발하여 포장 성능시험과 경제성 분석을 통하여 개발된 고추 수확시스템을 평가하였다. 고추재배에 노동력이 가장 많이 소요되는 작업을 조사 한 결과, 가장 힘들고 인부 구하기 곤란한 작업은 수확작업으로 나타나 일시수확을 전제로 한 수확시스템의 개발이 꼭 필요한 것으로 나타났다. 고추의 탈과 방향을 분석한 결과 하향착과형 고추는 탈과방향이 180° 일 때가 과실 탈과력이 적고, 상향착과형 고추는 높게 측정되었다. 따라서 일반적으로 과실이 하향착과형인 것을 감안하면 탈과방향은 180°로 타격하는 것이 바람직하고, 상향착과형인 생력 213호는 더 큰 충격을 가할 필요가 있는 것으로 판단된다. 고추의 예취 후 적정 탈과 시기를 구명하기 위하여 일수별로 과실 탈과력과 줄기 인장파단력을 조사 한 결과 줄기의 직경이 5 ㎜ 내외 까지는 수확 당일과 1일 후의 줄기 인장파단력은 거의 변화가 없으나 과실 탈과력은 1일 후에 약 19%가 감소하므로 고추 기계수확 시스템의 탈과 시기는 예취기로 수확 후 1 일 후에 탈과 하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 고추 예취 기초시험에서는 예취날의 주속도가 12.0 ㎧ 이상에서는 예취날의 종류에 관계없이 예취는 가능하였다. 보행형은 두둑위에서의 직진운행 및 운전조작이 곤란하였으나 배부형은 두둑 적응성이 양호한 것으로 나타나 고추예취기는 보행형보다 배부형이 적합한 것으로 판단된다. 탈과장치 형식별로 탈과정도를 비교 시험한 결과 방사대칭형 봉형급치식이 나선급치식 및 돌기급치식 등 다른 탈과장치에 비해 정상탈과율이 77.3%로 가장 높았으며, 반대로 미탈과율은 3.0%로 가장 낮게 나타나 탈과방법은 봉형급치식이 적합한 것으로 판단된다. 봉형급치식 탈과장치는 단동형에서는 손상은 거의 없었으나 미탈과율이 최대 3.1%였고, 복동형에서는 탈과 중에 고추대가 급동축에 감기면서 손상이 높았다. 또한 복동형에서 분지부터 탈과되는 줄기부착 과실의 비율이 급동축 직경이 큰 단동형에 비해 높게 나타나 고추 탈과장치는 단동형이 바람직한 것으로 판단된다. 급치의 재질은 유압용 고압호스 재질에서는 급치 주속도 7.3 ㎧에서 정상과율 76.6%, 줄기부착과율 9.2%, 손상과율 11.9%, 미탈과율 2.2%로 가장 양호하게 나타나 급치의 재질은 굽힘강성 0.9×106 N㎟ 인 유압용 고압호스 재질이 가장 적합한 것으로 판단된다. 급치의 주속도는 생력 211호는 7.7 ㎧, 생력 213호는 8.7 ㎧, 왕대박은 7.3 ㎧에서 가장 양호하였다. 탈과된 과실의 정선시험 결과 송풍속도 6.2 ㎧, 진동수 6.92휨, 진폭 40 ㎜, 선별체 봉 굵기 및 간격은 6 × 29 ㎜ 에서 비산손실이 적게 나타났으며 1 번구 정상과율이 68.2%로 가장 양호하였다. 개발된 고추예취기의 작업정도는 미예취율 0.2 ~ 0.3%, 탈과손실률 0.0%로 양호하게 나타났다. 배출상태는 생력 211호와 생력 213호는 양호하였으나 왕대박은 고추 줄기가 서로 얽혀 배출이 원활하지 못하였다. 작업능률을 보면 생력 211호와 생력 213호는 0.8 ㎧ 까지 작업이 가능하여 시간당 18.7 a 이었으나 일반고추품종은 수고가 높고 줄기가 무성하여 시간당 7.0 a 로 나타났다. 고추탈과기의 작업정도를 분석한 결과 정상과율은 생력 211호는 82.7%, 생력 213호는 74.6%, 왕대박은 73.0%로 나타났다. 손상과율은 생력 211호는 4.4%, 생력 213호는 8.7%, 왕대박은 12.2%로 나타났고 이는 생력 213호는 급치에 의한 손상과 꼭지와 과실의 탈과력이 다른 품종에 비해 커서 손상이 많게 나타났다. 일반품종인 왕대박은 과실의 길이가 커서 급치 타격에 의한 손상이 높게 나타나 풋고추에 적용할 경우에는 손상을 줄이는 내용의 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 고추탈과기의 작업능률은 일시수확형 품종은 시간당 2.11 a, 일반고추인 왕대박은 시간당 2.049 a로 나타났다. 이는 관행 인력수확 954 h/ha에 비해 고추탈과기를 이용하면 수확노력을 94% 절감되어 17 배 능률적인 것으로 나타났다. 개발한 고추 기계수확 시스템으로 고추를 수확하는데 소요되는 비용을 분석한 결과, 인력에 의한 수확의 경우 ha당 4,783,324 원이 소요되었으나 고추 기계수확 시스템에 의한 경우는 ha당 2,329,910 원이 소요되어 51.3％의 비용 절감효과가 있어 경제적 이용이 가능한 것으로 판단되어 그 실용성이 높은 것으로 분석되었다. 개발한 고추 기계수확 시스템의 손익분기 규모를 산출한 결과 재배면적이 2.16 ha이었을 때, 관행의 인력수확비용인 ha당 4,783,324 원과 균형을 이뤘다. 따라서 개발된 고추 기계수확 시스템은 경작규모 2.1 ha 이상에서 관행의 인력수확에 비해 경제성이 있는 것으로 나타났다.
우리나라 농산물 시장은 전 세계적인 시장개방, 산업화에 따른 농촌노동력의 급속한 감소, 노령화로 인한 인건비 상승 등 어려운 여건 맞고 있다. 이러한 농업여건을 감안할 때 우리 농산물이 국제 경쟁에서 이기기 위해서는 첨단 농업과 공학기술을 이용한 새로운 기계화 기술개발로 새로운 농법으로 고품질의 농산물을 연중생산하고 생산된 농산물의 효율적인 수확 후 처리로 고부가가치화 하는 기술을 개발해야 한다. 양념채소 중에서도 고추는 김치문화가 전통적으로 뿌리 깊은 우리나라의 대표적인 조미료 원료로서 독특한 맛과 색깔을 이용하여 김치를 만드는 필수양념으로 재배면적과 소비량이 꾸준히 증가하고 있다. 고추는 ha당 총 노동투하시간 2,436 시간 중 수확작업시간은 954 시간으로 총 노동투하시간의 39.2%를 점유하고 있어 수확작업의 생력화를 위해 고추수확작업의 기계화가 절실히 필요하다. 본 연구에서는 일시수확이 가능한 가공용 고추를 대상으로 재배의 많은 노동력이 소요되고 노동피크를 형성하는 수확작업을 생력 기계화할 수 있는 고추 기계수확 시스템을 개발했다. 고추 수확작업의 기계화를 위하여 고추 주산단지를 중심으로 고추재배 및 수확실태와 고추의 물리적 특성을 조사 ․ 측정 ․ 분석하였으며, 고추 수확의 핵심이 되는 고추 예취, 탈과 요인시험을 통하여 탈과장치의 설계방향과 작업조건을 구명하였다. 그리고 그 결과를 토대로 배부형 고추예취기와 트랙터부착형 고추탈과기로 이루어진 고추 기계수확 시스템을 개발하여 포장 성능시험과 경제성 분석을 통하여 개발된 고추 수확시스템을 평가하였다. 고추재배에 노동력이 가장 많이 소요되는 작업을 조사 한 결과, 가장 힘들고 인부 구하기 곤란한 작업은 수확작업으로 나타나 일시수확을 전제로 한 수확시스템의 개발이 꼭 필요한 것으로 나타났다. 고추의 탈과 방향을 분석한 결과 하향착과형 고추는 탈과방향이 180° 일 때가 과실 탈과력이 적고, 상향착과형 고추는 높게 측정되었다. 따라서 일반적으로 과실이 하향착과형인 것을 감안하면 탈과방향은 180°로 타격하는 것이 바람직하고, 상향착과형인 생력 213호는 더 큰 충격을 가할 필요가 있는 것으로 판단된다. 고추의 예취 후 적정 탈과 시기를 구명하기 위하여 일수별로 과실 탈과력과 줄기 인장파단력을 조사 한 결과 줄기의 직경이 5 ㎜ 내외 까지는 수확 당일과 1일 후의 줄기 인장파단력은 거의 변화가 없으나 과실 탈과력은 1일 후에 약 19%가 감소하므로 고추 기계수확 시스템의 탈과 시기는 예취기로 수확 후 1 일 후에 탈과 하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 고추 예취 기초시험에서는 예취날의 주속도가 12.0 ㎧ 이상에서는 예취날의 종류에 관계없이 예취는 가능하였다. 보행형은 두둑위에서의 직진운행 및 운전조작이 곤란하였으나 배부형은 두둑 적응성이 양호한 것으로 나타나 고추예취기는 보행형보다 배부형이 적합한 것으로 판단된다. 탈과장치 형식별로 탈과정도를 비교 시험한 결과 방사대칭형 봉형급치식이 나선급치식 및 돌기급치식 등 다른 탈과장치에 비해 정상탈과율이 77.3%로 가장 높았으며, 반대로 미탈과율은 3.0%로 가장 낮게 나타나 탈과방법은 봉형급치식이 적합한 것으로 판단된다. 봉형급치식 탈과장치는 단동형에서는 손상은 거의 없었으나 미탈과율이 최대 3.1%였고, 복동형에서는 탈과 중에 고추대가 급동축에 감기면서 손상이 높았다. 또한 복동형에서 분지부터 탈과되는 줄기부착 과실의 비율이 급동축 직경이 큰 단동형에 비해 높게 나타나 고추 탈과장치는 단동형이 바람직한 것으로 판단된다. 급치의 재질은 유압용 고압호스 재질에서는 급치 주속도 7.3 ㎧에서 정상과율 76.6%, 줄기부착과율 9.2%, 손상과율 11.9%, 미탈과율 2.2%로 가장 양호하게 나타나 급치의 재질은 굽힘강성 0.9×106 N㎟ 인 유압용 고압호스 재질이 가장 적합한 것으로 판단된다. 급치의 주속도는 생력 211호는 7.7 ㎧, 생력 213호는 8.7 ㎧, 왕대박은 7.3 ㎧에서 가장 양호하였다. 탈과된 과실의 정선시험 결과 송풍속도 6.2 ㎧, 진동수 6.92휨, 진폭 40 ㎜, 선별체 봉 굵기 및 간격은 6 × 29 ㎜ 에서 비산손실이 적게 나타났으며 1 번구 정상과율이 68.2%로 가장 양호하였다. 개발된 고추예취기의 작업정도는 미예취율 0.2 ~ 0.3%, 탈과손실률 0.0%로 양호하게 나타났다. 배출상태는 생력 211호와 생력 213호는 양호하였으나 왕대박은 고추 줄기가 서로 얽혀 배출이 원활하지 못하였다. 작업능률을 보면 생력 211호와 생력 213호는 0.8 ㎧ 까지 작업이 가능하여 시간당 18.7 a 이었으나 일반고추품종은 수고가 높고 줄기가 무성하여 시간당 7.0 a 로 나타났다. 고추탈과기의 작업정도를 분석한 결과 정상과율은 생력 211호는 82.7%, 생력 213호는 74.6%, 왕대박은 73.0%로 나타났다. 손상과율은 생력 211호는 4.4%, 생력 213호는 8.7%, 왕대박은 12.2%로 나타났고 이는 생력 213호는 급치에 의한 손상과 꼭지와 과실의 탈과력이 다른 품종에 비해 커서 손상이 많게 나타났다. 일반품종인 왕대박은 과실의 길이가 커서 급치 타격에 의한 손상이 높게 나타나 풋고추에 적용할 경우에는 손상을 줄이는 내용의 지속적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 고추탈과기의 작업능률은 일시수확형 품종은 시간당 2.11 a, 일반고추인 왕대박은 시간당 2.049 a로 나타났다. 이는 관행 인력수확 954 h/ha에 비해 고추탈과기를 이용하면 수확노력을 94% 절감되어 17 배 능률적인 것으로 나타났다. 개발한 고추 기계수확 시스템으로 고추를 수확하는데 소요되는 비용을 분석한 결과, 인력에 의한 수확의 경우 ha당 4,783,324 원이 소요되었으나 고추 기계수확 시스템에 의한 경우는 ha당 2,329,910 원이 소요되어 51.3％의 비용 절감효과가 있어 경제적 이용이 가능한 것으로 판단되어 그 실용성이 높은 것으로 분석되었다. 개발한 고추 기계수확 시스템의 손익분기 규모를 산출한 결과 재배면적이 2.16 ha이었을 때, 관행의 인력수확비용인 ha당 4,783,324 원과 균형을 이뤘다. 따라서 개발된 고추 기계수확 시스템은 경작규모 2.1 ha 이상에서 관행의 인력수확에 비해 경제성이 있는 것으로 나타났다.
Consumption of pepper, a major spice used for seasoning Kimchi, continues to increase, but cultivation is in decline due to a shortage of rural labor in Korea. The total labor requirement for conventional pepper cultivation is approximately 2,436 hours per ha, only 39.2% of which (954 hours per ha) ...
Consumption of pepper, a major spice used for seasoning Kimchi, continues to increase, but cultivation is in decline due to a shortage of rural labor in Korea. The total labor requirement for conventional pepper cultivation is approximately 2,436 hours per ha, only 39.2% of which (954 hours per ha) was available for harvesting work in 2002. Therefore, conventional manual harvesting should give way to mechanical harvesting to save on both costs and labor. The mechanical harvesting system for peppers developed for this study consists of a reaper for cutting pepper plants and a thresher for threshing the peppers. Its field performance and machinery costs have been analyzed on the assumption that the peppers are harvested by one time. Surveys on conventional pepper cultivation patterns, labor requirements for various pepper cultivation works, and farmers' opinions on the mechanization of pepper harvesting were conducted to obtain basic information. Tests on the sizes of pepper plants and fruit, pepper ripeness, water contents of the pepper parts, and the tensile forces to detach fruit stalk from stem, fruit from the fruit receptacle, and stem from neighboring stem for three pepper varieties were carried to obtain the physical and mechanical properties of pepper harvesting. These tests were conducted on one current cultivating pepper variety of Wangdabak and two newly developed single harvest pepper varieties of Saengryeok 211 and Saengryeok 213. Experimental devices for cutting pepper plants, threshing, separating, and cleaning pepper fruits were designed and constructed through reviewing current pepper reapers and harvesters and analyzing design theories. By using those devices, basic experiments for determining reaper-type and optimum operation, threshing-type, threshing tooth type, threshing tooth material, threshing tooth speed, feeder chain speed, optimum time for threshing, terminal air speed, oscillating amplitude and frequency of the separating and cleaning devices, and size and arrangement of separating fingers were carried out to establish concepts for the mechanical pepper harvesting system. These basic experiments resulted in the design and construction of a mechanical pepper harvesting system that consisted of a portable reaper and a tractor attachment thresher. The field performance and machinery costs of this design were analyzed and compared with those of conventional manual harvesting. The results are summarized as follows; 1. Surveys on conventional pepper cultivation and mechanization of pepper harvesting The labor requirement for pepper harvesting was 954 hours/ha out of a total labor requirement of 2,436 hours/ha for pepper cultivation. Harvesting was the hardest work, and hiring workmen for harvesting was also difficult. Farmers preferred to develop a small-scale pepper harvester using an agricultural tractor or cultivar. Most farmers agreed to change their cultivation patterns for mechanization of pepper harvesting, but hesitated to adopt new one-time-harvesting pepper varieties. 2. Physical property tests for three pepper varieties The single harvest pepper varieties of Saengryeok 211 and Saengryeok 213 had smaller plant and fruit sizes, lighter fruit weight, more fruits/plant, and better ripeness than the conventional cultivating variety of Wangdaebak. Both Saengryeok 211 and Wangdaebak have downward-facing fruits, and the vertical tensile forces required to detach the fruit stalk from the stem were smaller than the horizontal force required. The Saengryeok 213 pepper variety has upward-facing fruits, and the vertical tensile forces required were greater than the horizontal tensile forces. Thus, axial flow and a transversely located threshing cylinder is desirable for threshing pepper varieties with downward-facing fruits. When stem diameter is under 4 mm, the tensile forces required to detach stem from neighboring stem were about the same as those required to detach fruit stalk from stem, which means that fruits with stems under 4mm in diameter may be processed. The optimum time for threshing was estimated to be at one day after pepper plant cutting, because at that time the tensile forces required to detach fruit stalks from stems decreased by about 19%, and the tensile forces required to detach stem from neighboring stem increased in the days after pepper plant cutting. 3. Basic experiments on cutting, threshing, separating, and cleaning devices The portable knapsack-type reaper was more suitable than the walking-type reaper, because the former was more adaptable to travel on ridge fields and was easy to operate. When the peripheral speed of the rotating saw blade in the portable knapsack-type reaper was above 65 m/s, pepper plants were cut smoothly and cutting plants were arranged in order. The spike tooth threshing cylinder resulted in a higher whole fruit threshing ratio of 77.3% and a lower unthreshed fruit ratio of 3.0% than did the spiral wire threshing cylinder or semicircle tooth bar threshing cylinder. The single spike tooth threshing cylinder resulted in a higher whole fruit threshing ratio, lower fruit with stem threshing ratio, and lower damaged fruit threshing ratio than did the double spike tooth threshing cylinder. Therefore, the single spike tooth threshing cylinder type was optimum for threshing peppers. The high pressure hydraulic hose on the spike tooth thresher, which threshed whole fruit at a rate of 76.6%, fruit with twigs at a rate of 9.2%, and damaged fruit at a rate of 11.9%, and showed an unthreshed fruit ratio of 2.2% at a peripheral speed of 7.3 m/s, showed better threshing performance than any other spike tooth materials, including industrial urethane hose, high pressure gas hose, and high pressure spraying hose. Optimum peripheral speeds for threshing were 7.5 m/s for Saengryeok 211, 8.7 m/s for Saengryeok 213, and 7.3 m/s for Wangdabak. Feeder chain speed of 0.15 m/s was optimum, because a higher whole fruit threshing ratio and a lower fruit with stem threshing ratio were shown at that speed. The optimum threshing time was one day after pepper plant cutting, because the whole fruit threshing ratio increased significantly and the fruit with stem threshing ratio decreased at that time. The results of the basic experiments on separating and cleaning threshed peppers, as well as the analyzing results on ratios of whole fruit, fruit with stems, and frown fruit obtained by the separating and cleaning device showed that optimum operation occurred at a terminal air speed of 6.2 m/s, an oscillating frequency of 6.9 Hz, and an oscillating amplitude of 40 mm. The optimum diameter and spacing of cleaning fingers were 6mm and 29 mm, respectively. 4. Field performance tests and machinery cost analysis for the mechanical harvesting system for peppers Results from field tests on performance of the prototype pepper reaper, uncut plant ratio, and fruit cutting loss ratio were in the range of 0.2 ~ 0.3%, and 0.0%, respectively. Cut plants were arranged in order for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, but not for Wangdaebak, the plants of which tangled after cutting. The most effective field capacity was 18.7 a/hour for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, but decreased to 7.0 a/hour for Wangdaebak due to difficulty in cutting flourishing plants. The maximum travel speed was 0.8 m/s. Field tests on performance of the tractor-attached pepper thresher prototype, including whole fruit threshing ratio, fruit with twigs threshing ratio, damaged fruit ratio, and unthreshed and flown fruit ratio of Saengryeok 211 were 82.7%, 11.3%, 4.4%, and 1.6%, respectively. Those of Saengryeok 213 were 74.6%, 8.0%, 8.7%, and 8.8%, respectively. And those of Wangdaebak were 72.9%, 9.0%, 12.2%, and 5.9%, respectively. Thus, the thresher was best suited to single harvest pepper varieties with downward-facing fruits such as Saengryeok 211. Effective field capacity was 2.11 a/hour for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, and 2.04 a/hour for Wangdaebak. Compared with conventional manual harvesting, mechanical harvesting capacity was about 17 times greater and labor requirements were reduced by 94%. Total machinery costs for harvesting pepper by the proposed mechanical harvesting system were estimated at 2,328,910 won per hectare. Thus, harvesting costs can be reduced by 51.3% compared with conventional manual harvesting costs of 4,783,324 won per hectare the break-even area was estimated at 2.1 hectares.
Consumption of pepper, a major spice used for seasoning Kimchi, continues to increase, but cultivation is in decline due to a shortage of rural labor in Korea. The total labor requirement for conventional pepper cultivation is approximately 2,436 hours per ha, only 39.2% of which (954 hours per ha) was available for harvesting work in 2002. Therefore, conventional manual harvesting should give way to mechanical harvesting to save on both costs and labor. The mechanical harvesting system for peppers developed for this study consists of a reaper for cutting pepper plants and a thresher for threshing the peppers. Its field performance and machinery costs have been analyzed on the assumption that the peppers are harvested by one time. Surveys on conventional pepper cultivation patterns, labor requirements for various pepper cultivation works, and farmers' opinions on the mechanization of pepper harvesting were conducted to obtain basic information. Tests on the sizes of pepper plants and fruit, pepper ripeness, water contents of the pepper parts, and the tensile forces to detach fruit stalk from stem, fruit from the fruit receptacle, and stem from neighboring stem for three pepper varieties were carried to obtain the physical and mechanical properties of pepper harvesting. These tests were conducted on one current cultivating pepper variety of Wangdabak and two newly developed single harvest pepper varieties of Saengryeok 211 and Saengryeok 213. Experimental devices for cutting pepper plants, threshing, separating, and cleaning pepper fruits were designed and constructed through reviewing current pepper reapers and harvesters and analyzing design theories. By using those devices, basic experiments for determining reaper-type and optimum operation, threshing-type, threshing tooth type, threshing tooth material, threshing tooth speed, feeder chain speed, optimum time for threshing, terminal air speed, oscillating amplitude and frequency of the separating and cleaning devices, and size and arrangement of separating fingers were carried out to establish concepts for the mechanical pepper harvesting system. These basic experiments resulted in the design and construction of a mechanical pepper harvesting system that consisted of a portable reaper and a tractor attachment thresher. The field performance and machinery costs of this design were analyzed and compared with those of conventional manual harvesting. The results are summarized as follows; 1. Surveys on conventional pepper cultivation and mechanization of pepper harvesting The labor requirement for pepper harvesting was 954 hours/ha out of a total labor requirement of 2,436 hours/ha for pepper cultivation. Harvesting was the hardest work, and hiring workmen for harvesting was also difficult. Farmers preferred to develop a small-scale pepper harvester using an agricultural tractor or cultivar. Most farmers agreed to change their cultivation patterns for mechanization of pepper harvesting, but hesitated to adopt new one-time-harvesting pepper varieties. 2. Physical property tests for three pepper varieties The single harvest pepper varieties of Saengryeok 211 and Saengryeok 213 had smaller plant and fruit sizes, lighter fruit weight, more fruits/plant, and better ripeness than the conventional cultivating variety of Wangdaebak. Both Saengryeok 211 and Wangdaebak have downward-facing fruits, and the vertical tensile forces required to detach the fruit stalk from the stem were smaller than the horizontal force required. The Saengryeok 213 pepper variety has upward-facing fruits, and the vertical tensile forces required were greater than the horizontal tensile forces. Thus, axial flow and a transversely located threshing cylinder is desirable for threshing pepper varieties with downward-facing fruits. When stem diameter is under 4 mm, the tensile forces required to detach stem from neighboring stem were about the same as those required to detach fruit stalk from stem, which means that fruits with stems under 4mm in diameter may be processed. The optimum time for threshing was estimated to be at one day after pepper plant cutting, because at that time the tensile forces required to detach fruit stalks from stems decreased by about 19%, and the tensile forces required to detach stem from neighboring stem increased in the days after pepper plant cutting. 3. Basic experiments on cutting, threshing, separating, and cleaning devices The portable knapsack-type reaper was more suitable than the walking-type reaper, because the former was more adaptable to travel on ridge fields and was easy to operate. When the peripheral speed of the rotating saw blade in the portable knapsack-type reaper was above 65 m/s, pepper plants were cut smoothly and cutting plants were arranged in order. The spike tooth threshing cylinder resulted in a higher whole fruit threshing ratio of 77.3% and a lower unthreshed fruit ratio of 3.0% than did the spiral wire threshing cylinder or semicircle tooth bar threshing cylinder. The single spike tooth threshing cylinder resulted in a higher whole fruit threshing ratio, lower fruit with stem threshing ratio, and lower damaged fruit threshing ratio than did the double spike tooth threshing cylinder. Therefore, the single spike tooth threshing cylinder type was optimum for threshing peppers. The high pressure hydraulic hose on the spike tooth thresher, which threshed whole fruit at a rate of 76.6%, fruit with twigs at a rate of 9.2%, and damaged fruit at a rate of 11.9%, and showed an unthreshed fruit ratio of 2.2% at a peripheral speed of 7.3 m/s, showed better threshing performance than any other spike tooth materials, including industrial urethane hose, high pressure gas hose, and high pressure spraying hose. Optimum peripheral speeds for threshing were 7.5 m/s for Saengryeok 211, 8.7 m/s for Saengryeok 213, and 7.3 m/s for Wangdabak. Feeder chain speed of 0.15 m/s was optimum, because a higher whole fruit threshing ratio and a lower fruit with stem threshing ratio were shown at that speed. The optimum threshing time was one day after pepper plant cutting, because the whole fruit threshing ratio increased significantly and the fruit with stem threshing ratio decreased at that time. The results of the basic experiments on separating and cleaning threshed peppers, as well as the analyzing results on ratios of whole fruit, fruit with stems, and frown fruit obtained by the separating and cleaning device showed that optimum operation occurred at a terminal air speed of 6.2 m/s, an oscillating frequency of 6.9 Hz, and an oscillating amplitude of 40 mm. The optimum diameter and spacing of cleaning fingers were 6mm and 29 mm, respectively. 4. Field performance tests and machinery cost analysis for the mechanical harvesting system for peppers Results from field tests on performance of the prototype pepper reaper, uncut plant ratio, and fruit cutting loss ratio were in the range of 0.2 ~ 0.3%, and 0.0%, respectively. Cut plants were arranged in order for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, but not for Wangdaebak, the plants of which tangled after cutting. The most effective field capacity was 18.7 a/hour for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, but decreased to 7.0 a/hour for Wangdaebak due to difficulty in cutting flourishing plants. The maximum travel speed was 0.8 m/s. Field tests on performance of the tractor-attached pepper thresher prototype, including whole fruit threshing ratio, fruit with twigs threshing ratio, damaged fruit ratio, and unthreshed and flown fruit ratio of Saengryeok 211 were 82.7%, 11.3%, 4.4%, and 1.6%, respectively. Those of Saengryeok 213 were 74.6%, 8.0%, 8.7%, and 8.8%, respectively. And those of Wangdaebak were 72.9%, 9.0%, 12.2%, and 5.9%, respectively. Thus, the thresher was best suited to single harvest pepper varieties with downward-facing fruits such as Saengryeok 211. Effective field capacity was 2.11 a/hour for Saengryeok 211 and Saengryeok 213, and 2.04 a/hour for Wangdaebak. Compared with conventional manual harvesting, mechanical harvesting capacity was about 17 times greater and labor requirements were reduced by 94%. Total machinery costs for harvesting pepper by the proposed mechanical harvesting system were estimated at 2,328,910 won per hectare. Thus, harvesting costs can be reduced by 51.3% compared with conventional manual harvesting costs of 4,783,324 won per hectare the break-even area was estimated at 2.1 hectares.
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