Impact between fruits and other materials is a major cause of product damage in harvesting and handling systems. The oriental pears are more susceptible to bruising than other fruits such as European pears and apples, and are required more careful handling. The interest in the handling of the pears ...
Impact between fruits and other materials is a major cause of product damage in harvesting and handling systems. The oriental pears are more susceptible to bruising than other fruits such as European pears and apples, and are required more careful handling. The interest in the handling of the pears for the processing systems has raised the question of the allowable drop height to which pears can be dropped without causing objectionable damage. Drop tests on pears were conducted using an impact device developed by authors to estimate the allowable drop height without bruising. The impact device was constructed to hold in a selected orientation and to release a fruit by vacuum for dropping on to a force transducer. The drop height was adjustable for zero to 60 cm to achieve the desired distance between the bottom of the fruits and the top of the impact force transducer. The transducer was secured to 150 kg$_<$TEX>f/ concrete block. The transducer signal was sampled every 0.17 ms with a strain gage measurement board in the micro computer where it was digitaly stored for later analysis. The selected sample fruit was Niitaka cultivar of pears which is one of the most promising fruit for export in Korea. The pears were harvested during the 1998 harvest season from an orchard in Daejeon. The sample fruit was selected from two groups which were stored for 3 months and 5 months respectively by the method of current commercial practice. The pears were allowed to stabilize at environmental condition(18$^{\circ}C$, 65% rh) of the experimental room. One hundred fifty six pears were tested from the heights of 5, 7.5. 10 and 12.5 cm while measurement were made of impact peak force, contact time, time to peak force, dwell time, pear diameter and mass. The bioyield strength and modulus of elasticity were measured using UTM immediately after each drop test. The allowable drop height was estimated on the base of bioyield strength of the pears in two ways. One was assumed the peak force during impact test increasing linearly with time, and the other was based on the actual drop test results. The computer program was developed for measuring the impact characteristics of the pears and analyzing the data obtained in the study. The peak force increased while contact times decreased with increasing drop height and contact times of the sample from the hard tissue group. The allowable drop height increased with increasing bioyield strength and contact times, and also varied with Poisson\`s ratio, mass and equilibrium radius of the pears. The allowable drop height calculated by a theoretical method was in the range from 1 to 4 cm, meanwhile, the estimated drop height considering the result of the impact test was in the range from 1 to 6 cm. Since the physical properties of fruits affected significantly the allowable drop height, the physical properties of the fruits should be considered when estimating the allowable drop height.
Impact between fruits and other materials is a major cause of product damage in harvesting and handling systems. The oriental pears are more susceptible to bruising than other fruits such as European pears and apples, and are required more careful handling. The interest in the handling of the pears for the processing systems has raised the question of the allowable drop height to which pears can be dropped without causing objectionable damage. Drop tests on pears were conducted using an impact device developed by authors to estimate the allowable drop height without bruising. The impact device was constructed to hold in a selected orientation and to release a fruit by vacuum for dropping on to a force transducer. The drop height was adjustable for zero to 60 cm to achieve the desired distance between the bottom of the fruits and the top of the impact force transducer. The transducer was secured to 150 kg$_<$TEX>f/ concrete block. The transducer signal was sampled every 0.17 ms with a strain gage measurement board in the micro computer where it was digitaly stored for later analysis. The selected sample fruit was Niitaka cultivar of pears which is one of the most promising fruit for export in Korea. The pears were harvested during the 1998 harvest season from an orchard in Daejeon. The sample fruit was selected from two groups which were stored for 3 months and 5 months respectively by the method of current commercial practice. The pears were allowed to stabilize at environmental condition(18$^{\circ}C$, 65% rh) of the experimental room. One hundred fifty six pears were tested from the heights of 5, 7.5. 10 and 12.5 cm while measurement were made of impact peak force, contact time, time to peak force, dwell time, pear diameter and mass. The bioyield strength and modulus of elasticity were measured using UTM immediately after each drop test. The allowable drop height was estimated on the base of bioyield strength of the pears in two ways. One was assumed the peak force during impact test increasing linearly with time, and the other was based on the actual drop test results. The computer program was developed for measuring the impact characteristics of the pears and analyzing the data obtained in the study. The peak force increased while contact times decreased with increasing drop height and contact times of the sample from the hard tissue group. The allowable drop height increased with increasing bioyield strength and contact times, and also varied with Poisson\`s ratio, mass and equilibrium radius of the pears. The allowable drop height calculated by a theoretical method was in the range from 1 to 4 cm, meanwhile, the estimated drop height considering the result of the impact test was in the range from 1 to 6 cm. Since the physical properties of fruits affected significantly the allowable drop height, the physical properties of the fruits should be considered when estimating the allowable drop height.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 우리나라의 대표적인 과실인 베에 대한 충격실험과 UTM에 의한 기계적 특성의 측정을 통하여 손상을 주지 않을 배의 허용낙하높이를 분석하고자 하였으며 이를 위하여 자유낙하 충격실험장치를 제작하고 충격특성치의 측정 및 분석을 위한 컴퓨터 프로ZL램을 개발하였다.
가설 설정
25. 0.35, 0.45 로 가정(Chen et al., 1987)하여 이론 낙하높이를 추정하였다.
제안 방법
각각의 배 시료에 대하여 저장된 데이터 파일을 물러들여 배가 하중변환기에 2번 충들한 중격력一 치간곡선을 도시하도록 하였오며 여기에서 첫 번 째 충돌한 충격력一시간곡선을 마우스로 클릭하면 그림이 확대되어 도시되고 이 그림에서 최고충격 력(peak force, PF), 충격시간(duration of time) 또는 접촉시간(sntact time, CT), 최고충격력까지의 시 간(time to peak force), 정 지 시 간(dwell time), 역적 (impulse) 둥을 계산하여 출력하도록 하뗬다. 또한 총격력 一 시간곡선을 시간에 대한 6차 다항식으로 구한 후 물체의 자유낙하식을 적용하여 가속도, 속도 및 변위를 계산하고 그래프로 나타낼 수 있도록 프로그램 하였으며 충격력一시간곡선, 속도 -시 간곡선, 변위 一 시 간곡선은 그림 2와 같다.
계측 및 문석용 컴퓨터 프로그램 언어는 Visual Basic(ver. 6.0, Miorwoft)으로 작성되었으며, 본 프로그램은 배가 자유낙하하기 시작하여 하중변환기 에 1~2번 충격할 때까지 춤격력과 시간을 계즉하여 데이터 파일로 저장하는 부분과 저장된 데이터 파일을 불러들여 분석하는 프로그램으로 구성되었다.
실험에 사용된 배는 일반농가에서 재배되어 1998년 10월에 수확된 후 약 3개월(시료1)과 약 5 개월(시료2) 정도 저온저장(0±l°C, 85±5% rh)된 신고 품종의 배이었다. 공시재료에 대한 기본적인 물성은 표 1과 같으며, 시료를 실험실의 환경조건 (18'C, 65% rh)에서 약 4시간 동안 적응시킨 후 실험을 수행하였다.
식⑴의 충격량을 계산하기 위해서는 충격력 一 치간곡선을 적분하여야 하므로 식은 적분하기에 편리하면서 모든 실험자료와도 잘 일치하는 식이어야 한다. 따라서 본 연구에서는 몇 가지 형태의 식을 실험자료에 적용해 보았던 결과, 실험자료와도 잘 일치하였고 적분하는 데도 편리한 것으로 판단되었던 식(8)과 같은 시간에 대한 6차 다항식을 이용하였다.
충격득성인자들 의 계측 및 분석용 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 또한 배의 충격득성 및 기계적 득성들을 측정 하였다. 최고충격력은 낙하높이에 따라 증가되는 반면 접촉시간은 감소되고 연한 시료들에 대한 접촉사간은 단단한 시료에서 보다 약간 길었다.
각각의 배 시료에 대하여 저장된 데이터 파일을 물러들여 배가 하중변환기에 2번 충들한 중격력一 치간곡선을 도시하도록 하였오며 여기에서 첫 번 째 충돌한 충격력一시간곡선을 마우스로 클릭하면 그림이 확대되어 도시되고 이 그림에서 최고충격 력(peak force, PF), 충격시간(duration of time) 또는 접촉시간(sntact time, CT), 최고충격력까지의 시 간(time to peak force), 정 지 시 간(dwell time), 역적 (impulse) 둥을 계산하여 출력하도록 하뗬다. 또한 총격력 一 시간곡선을 시간에 대한 6차 다항식으로 구한 후 물체의 자유낙하식을 적용하여 가속도, 속도 및 변위를 계산하고 그래프로 나타낼 수 있도록 프로그램 하였으며 충격력一시간곡선, 속도 -시 간곡선, 변위 一 시 간곡선은 그림 2와 같다.
또한 충격실험이 끝난 직후에 배의 시편(직경17.6 mm, 길이 20 mm)을 채취하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용한 평판압축실험(하중재하 속도 25 mm/min)으로 배의 셍믈체항복강도 및 탄 성계수를 측정하였다.
배의 낙하방향은 과실의 가장 연한 부분인 볼부 분(cheek portion)0] 충격판에 떨어지도룩 하였으 며, 배의 낙하높이는 5, 7.5, 10 및 12.5 cm에서 충격실힙을 수행하였다. 여기서 한 번의 자유낙하 충격실험에 한 개의 배 시료를 사용하였으며, 각 시료를 자유낙하시켜 배가 자유낙하하기 시작하 여 하중변환기에 1~2번 충격을 가할 때까지 충격력과 시간을 계측하였으며, 배가 하중변환기에 층격을 가하는 순간부터 0.
낙하높이는 원하는 위치로 자유로이 조절할 수 있도록 하였으며 배는 진공펌프와 고무첩으로 잡도록 하였더니. 비는 SSR(solid state relay)를 컴퓨터로 제어하이 낙하시켰으며 충격력은 하중변환기(load cell)로 측정하였다.
배에 대한 이론 낙하높이는 식(6)을 이용하여 추정하였다. 여기서 충격을 가하여 배가 손상을 입지 않을 허용웅력(σ)을 본 실험에서 측정한 생물체항복강도를 적용하였다. 생물체 항복강도는 과실에 미세한 파괴가 시작되는 응력이므로 이 값은 배에 손상을 주지 않는 최소의 응력이라고 생각할 수 있기 때문이다(Kim et al.
5 cm에서 충격실힙을 수행하였다. 여기서 한 번의 자유낙하 충격실험에 한 개의 배 시료를 사용하였으며, 각 시료를 자유낙하시켜 배가 자유낙하하기 시작하 여 하중변환기에 1~2번 충격을 가할 때까지 충격력과 시간을 계측하였으며, 배가 하중변환기에 층격을 가하는 순간부터 0.17 ms의 일정한 시간간격 으로 충격력을 측정하여 데이터 파일로 저장시켰다.
우리나라의 수출유망과실 중의 하나인 배(신고)에 대한 충격에 의한 손상을 입지 않을 허용낙하 높이를 구명하기 위하여 4수준외 낙하높이 별로 충격실험을 수행하였다. 이를 위하여 충격실험장 치를 제작하였으며 실험장치 구동.
우리나라의 수출유망과실 중의 하나인 배(신고)에 대한 충격에 의한 손상을 입지 않을 허용낙하 높이를 구명하기 위하여 4수준외 낙하높이 별로 충격실험을 수행하였다. 이를 위하여 충격실험장 치를 제작하였으며 실험장치 구동. 충격득성인자들 의 계측 및 분석용 컴퓨터 프로그램을 개발하였다.
이를 위하여 충격실험장 치를 제작하였으며 실험장치 구동. 충격득성인자들 의 계측 및 분석용 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 또한 배의 충격득성 및 기계적 득성들을 측정 하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 배는 일반농가에서 재배되어 1998년 10월에 수확된 후 약 3개월(시료1)과 약 5 개월(시료2) 정도 저온저장(0±l°C, 85±5% rh)된 신고 품종의 배이었다. 공시재료에 대한 기본적인 물성은 표 1과 같으며, 시료를 실험실의 환경조건 (18'C, 65% rh)에서 약 4시간 동안 적응시킨 후 실험을 수행하였다.
성능/효과
실험에 의하여 추정된 배에 손상을 추지 않는 낙하높이는 대체로 단단한 시료들인 그룹2의 경우 이론치보다 약 27%, 연한 시료들인 그룹1에서는 약 36% 더 높게 추정되었다. 모든 시료들에 대한 평균은 약 32% 징도 이론치보다 실험치가 높게 나타났다.
최고충격력은 낙하높이에 따라 증가되는 반면 접촉시간은 감소되고 연한 시료들에 대한 접촉사간은 단단한 시료에서 보다 약간 길었다. 베 의 허용낙하높이는 생물체항복강도 및 접촉시간에 따라서는 증가되었으며 이론적 분석결과 약 1 cm 에서 약 4 cm이었고 충격실험결과를 고려한 경우에는 약 1 cm에서 약 6 cm로 추정되었다. 낙하높 이는 배의 물성에 따라 차이가 크므로 낙하높이를 추정할 때는 물성을 층분히 고려하여야 할 것이 다.
손상을 입지 않을 이론 낙하높이는 표 4에서 보는 바와 같이 약 1 cm에서 약 4 cm 정도로서 배의 경우 매우 낮은 높이에서 낙하 하더라도 손상이 생긴다는 것을 알 수 있으며 본 연구의 실험범위 내에서는 배의 탄성계수가 작고 생물체항복강 도와 배의 크기가 크면서 충격접촉시간이 긴 경우에 허용낙하높이가 높아진다는 것을 알 수 있다. 여기서 추정된 이론 낙하높이는 실제현상에서 보다는 낮게 추정된 값이디-.
강체와 같이 단단한 물체에 배가 자유낙하하여 충돌할 경우, 손상을 입지 않을 낙하높이를 추정 하기 위하여 충격량을 식(1) 및 식(2)에 의하여 계산하고 그 비를 구하여 표 5에 나타내었다. 시료 그룹I은 그룹2에 비하여 약간 연한 시료들로서 충격량은 계산치 나 실흑치 에 서 모두 그룹2의 값들보 다 자은 반면 충력량비 叫은 약 3% 정도 더 큰 값으로 나타났다. 이러한 현상은 Delwiche 등 (1987)의 복숭아에 대한 충격실험결과와도 잘 일치하는 것으로 연한 과실은 충격시에 섭촉시간이 길고 최고충격력은 작으면서 좌우로 퍼지는 종 모양을 하고 단단한 과실은 충격량비 M은 연한 과 실에서 ■크게 나타나는 것으로 판단된다
실험에 의하여 추정된 배에 손상을 추지 않는 낙하높이는 대체로 단단한 시료들인 그룹2의 경우 이론치보다 약 27%, 연한 시료들인 그룹1에서는 약 36% 더 높게 추정되었다. 모든 시료들에 대한 평균은 약 32% 징도 이론치보다 실험치가 높게 나타났다.
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