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문제 정의
- 따라서 본 연구는 로타리 경운 작업시 소요동력에 영향을 미치는 로타리 커버 내측의 흙 부착을 방지하는 로타리 커버를 개발하여 소요동력을 절감하는데 본 연구의 목적이 있다.
- 이 연구에서 흙 분사장치를 설계 및 제작하여 다른 요인은 일정하게 하고 철, 테플론, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 수지 등의 여러가지 재질에 흙 부착 시험을 진행한 결과 고밀도 폴리에틸렌의 흙 부착률이 제일 적게 나온것으로 보고하였다. 따라서 본 연구에서는 世良田和寬(1990)8) 등의 연구결과를 이용하여 흙 부착 방지장치를 설계, 제작하였다.
- 본 연구에서는 현재 국내에서 가장 많이 보급되어 있는 중형트랙터(40～60PS)에 부착되는 로타리를 대상으로 로타리의 상부커버와 후부 커버 내측에 1.5mm 스테인리스 스틸(sus 310)판, 4mm고무판, 그리고 두께 3mm의 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene)판 등을 부착하여 흙과의 접촉면을 철에서 다른 재질로 변화시켜 보았다. 그림 3은 제작된 재질별 흙부착 방지장치 재료와 제작도면을, 그림 4에는 로타리 상부 커버와 후부커버에 흙부착 방지장치 판을 부착시킨 모습을 나타내었다.
- 본 연구에서는 로타리 경운작업시 흙 부착이 가장 많이 되고 소요동력에 큰 영향을 미치는 로타리 커버 내측에 흙이 부착되는 것을 방지하여 경운 소요동력의 절감에 기여할 수 있는 로타리 커버를 개발하는데 목적이 있으며, 그 구체적인 연구 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 본 연구에서 개발한 로타리 소요동력 측정장치는 트랙터 PTO 동력 전달축, 축 토크를 측정하기 위한 스트레인 게이지, 스트레인 게이지에서 전기적인 신호를 전달해 주는 슬립링(slip ring), 그리고 동력 전달 축의 회전속도를 측정하기 위한 근접센서 등으로 구성되었다. 표 2에 로타리 소요동력 측정장치의 제원을 나타내었다.
- 이 토크를 측정하기 위하여 축의 일부분을 다른 부분보다 가늘게(96.7%) 가공한 후 원주방향으로 90°간격으로 축 방향과 ±45°의 경사로 4개의 스트레인 게이지를 부착하여 휘스톤 브리지(wheatstone bridge) 회로를 구성함으로써 토크변환기를 구성하였다. 스트레인 게이지(strain gauge)에서 나오는 전기적인 신호는 브리지박스(bridge box)와 앰프(amplifier)를 거쳐 증폭시킨 후 데이터 레코더(data recorder)에 저장하였다.
- 7%) 가공한 후 원주방향으로 90°간격으로 축 방향과 ±45°의 경사로 4개의 스트레인 게이지를 부착하여 휘스톤 브리지(wheatstone bridge) 회로를 구성함으로써 토크변환기를 구성하였다. 스트레인 게이지(strain gauge)에서 나오는 전기적인 신호는 브리지박스(bridge box)와 앰프(amplifier)를 거쳐 증폭시킨 후 데이터 레코더(data recorder)에 저장하였다.
- 축의 회전수는 근접센서를 이용하여 전기적인 신호로 바꾸는 방법을 사용하였으며, 센서의 부착위치는 슬립링의 축과 같이 회전하지 않는 바깥 케이스에 고정시켰다. 그림 1은 개발된 로타리 소요동력 측정장치를 나타낸 것이고, 그림 2는 자료 수집 및 분석 장치의 구성을 나타낸 것이다.
- 이 연구에서 흙 분사장치를 설계 및 제작하여 다른 요인은 일정하게 하고 철, 테플론, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 수지 등의 여러가지 재질에 흙 부착 시험을 진행한 결과 고밀도 폴리에틸렌의 흙 부착률이 제일 적게 나온것으로 보고하였다. 따라서 본 연구에서는 世良田和寬(1990)8) 등의 연구결과를 이용하여 흙 부착 방지장치를 설계, 제작하였다.
- 본 연구의 흙부착 방지장치의 성능시험 및 로타리 경운작업 소요동력 측정시험에 사용된 트랙터는 대동공업(주)에서 제작된 정격출력 55마력 트랙터이며, 트랙터에 흙부착 방지장치를 장착한 로타리를 이용하여 충남대학교 농업생명과학대학 부속 농장의 2개 포장과 동물사육장의 2개 포장에서 실험하였다. 로타리 경운시험을 실시하면서 소요동력 측정장치에서 나오는 신호들을 데이터 레코더에 저장하였다. 트랙터의 PTO 회전수는 540rpm으로 고정시켰으며, 로타리 경운축의 회전수는 PTO 회전수가 540rpm일 때 127rpm으로 회전하도록 제작하였다.
- 로타리 경운시험을 실시하면서 소요동력 측정장치에서 나오는 신호들을 데이터 레코더에 저장하였다. 트랙터의 PTO 회전수는 540rpm으로 고정시켰으며, 로타리 경운축의 회전수는 PTO 회전수가 540rpm일 때 127rpm으로 회전하도록 제작하였다. 주행속도는 저속 2단(0.
- 일반 로타리 및 3가지의 흙부착 방지장치를 장착한 로타리를 차례로 시험하여 로타리 경운시 소요동력을 측정하였으며, 각 재질에 따른 경운 후의 흙부착 상태를 알아보고자 부착된 흙을 떼어내어 각각의 흙 무게를 측정하여 흙부착 상태를 조사, 분석하였다. 그림 5에 성능시험을 하고 있는 모습을 나타내었다.
- 포장에서 일반 로타리와 흙부착 방지장치 부착 로타리로 경운작업을 실시하면서 소요동력을 측정 할 때 데이터 레코더의 샘플링 주파수는 12kHz로 설정해 놓고 토크 변환기, 근접센서에서 나오는 신호를 저장하였다. 4개의 포장에서 각 시험별로 PTO축 34회전, 즉 로타리축 8회전(약 3.
- 포장에서 일반 로타리와 흙부착 방지장치 부착 로타리로 경운작업을 실시하면서 소요동력을 측정 할 때 데이터 레코더의 샘플링 주파수는 12kHz로 설정해 놓고 토크 변환기, 근접센서에서 나오는 신호를 저장하였다. 4개의 포장에서 각 시험별로 PTO축 34회전, 즉 로타리축 8회전(약 3.4초)에 해당하는 구간 6곳(약 17m)의 데이터를 임의로 선정하여 이를 분석하였다. 성능시험 결과를 표 3, 그림 7에 나타내었다.
- 본 연구에서는 흙부착 방지장치를 부착하지 않은 일반 로타리와 흙부착 방지장치를 장착한 3가지의 재질의 로타리를 차례로 로타리 경운 소요동력을 측정하였으며, 각 재질에 따른 경운 후의 흙부착 상태를 알아보고자 부착된 흙을 떼어내어 각각의 흙 무게를 측정하여 흙부착 상태를 조사, 분석하였다. 성능시험 결과가 표 4 및 그림 8과 같이 나타났다.
- 1. 본 연구의 수행을 위하여 트랙터의 로타리 경운 소요동력을 측정하고자 트랙터 PTO축과 로타리 동력 입력축을 연결하는 PTO 동력 전달축을 이용하여 로타리 경운 소요동력 측정장치를 설계, 제작하였다.
- 소요동력 측정장치의 측도설정은 유니버설 조인트를 수평으로 고정시킨 다음 토크암을 걸고 추를 증감시키는 형식으로 하였다. 그림 6은 측도설정 모습 및 결과를 나타낸 것이다.
대상 데이터
- 본 연구의 흙부착 방지장치의 성능시험 및 로타리 경운작업 소요동력 측정시험에 사용된 트랙터는 대동공업(주)에서 제작된 정격출력 55마력 트랙터이다. 트랙터에 부착된 로타리는 우성정공(주)에서 제작된 동마력의 트랙터에 적용 가능한 기어 전동방식 로타리로 경폭 1.
- 시험에 사용된 포장은 충남대학교 농업생명과학대학 부속 농장 포장(N1, N2) 2곳과 부속 동물사육장의 포장(M1, M2) 2곳에서 시험하였으며 시험포장의 상태와 평균 함수율은 표 1에서 보는바와 같다.
- 본 연구의 흙부착 방지장치의 성능시험 및 로타리 경운작업 소요동력 측정시험에 사용된 트랙터는 대동공업(주)에서 제작된 정격출력 55마력 트랙터이며, 트랙터에 흙부착 방지장치를 장착한 로타리를 이용하여 충남대학교 농업생명과학대학 부속 농장의 2개 포장과 동물사육장의 2개 포장에서 실험하였다. 로타리 경운시험을 실시하면서 소요동력 측정장치에서 나오는 신호들을 데이터 레코더에 저장하였다.
- 2. 로타리에 장착한 흙부착 방지장치의 재질로는 스테인리스 스틸, 고무, PE 등을 사용하였다. 흙부착 방지장치 장착 로타리를 이용하여 로타리 경운시험을 통한 경운 소요동력을 측정한 결과 평균 일반 로타리는 52.
성능/효과
- 4개의 포장에서 로타리 경운시 소요동력은 각각 52.10, 52.44, 52.27, 51.91ps이며 평균 52.18ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.
- 18ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.4%(d.b.)인 N2 포장에서 52.44ps로 가장 큰 소요동력이 측정되었다. 이는 로타리날이 토양을 절단할 때 토양 입자사이의 응집력이 함수에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 4개의 포장에서 로타리 경운시 소요동력은 각각 52.49, 53.26, 51.95, 52.06ps이며 평균 52.44ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.
- 44ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.4%(d.b.)인 N2 포장에서 53.26ps로 가장 큰 소요동력이 측정되었다. 이는 로타리날이 토양을 절단할 때 토양 입자사이의 응집력이 함수에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 4개의 포장에서 로타리 경운시 소요동력은 각각 47.69, 51.91, 48.16, 48.29ps이며 평균 49.01ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.
- 01ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.4%(d.b.)인 N2 포장에서 51.91ps로 가장 큰 소요동력이 측정되었다. 이는 로타리날이 토양을 절단할 때 토양 입자사이의 응집력이 함수에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 4개의 포장에서 로타리 경운시 소요동력은 각각 43.69, 49.59, 44.67, 47.52ps이며 평균 46.34ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.
- 34ps의 로타리경운 소요동력이 측정되었다. 토양의 함수율별로 살펴보면 함수율 33.4%(d.b.)인 N2 포장에서 49.59ps로 가장 큰 소요동력이 측정되었다. 이는 로타리날이 토양을 절단할 때 토양 입자사이의 응집력이 함수에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 결과를 살펴보면, 일반 로타리의 경운작업과 흙부착 방지장치 장착 로타리의 경운작업시 소요동력 비교를 유의수준 5%의 모평균 차에 의한 검정으로 분석해 본 결과, 첫째 흙부착 방지장치 재질을 스테인리스 스틸로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = -0.26, SD = 0.476 이며 검정통계량 |t0|= 1.092 로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353 보다 작아 두 방법 간의 소요동력 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 두번째, 고무를 흙부착 방지장치 재질로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = 3.17, SD = 1.788 이며 검정통계량 |t0|= 3.543로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353보다 크기 때문에 두 방법 간의 소요동력 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 세번째, PE를 흙부착 방지장치 재질로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = 5.84, SD = 2.666 이며 검정통계량 |t0|= 4.381로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353 보다 크기 때문에 두 방법 간의 소요동력 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 다음으로, 일반 로타리의 경운작업과 흙부착 방지장치 장착 로타리의 경운작업 후의 흙부착량의 비교를 유의수준 5%의 모평균 차에 의한 검정으로 분석해 보면, 첫째 흙부착 방지장치 재질을 스테인리스 스틸로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = -0.15, SD = 0.451 이며 검정통계량 |t0| = 0.665 로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353 보다 작아 두 방법 간의 흙부착 량의 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 두번째, 고무를 흙부착 방지장치 재질로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = 2.45, SD = 0.557 이며 검정통계량 |t0|= 8.797로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353 보다 크기 때문에 두 방법 간의 흙부착 량의 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 세번째, PE를 흙부착 방지장치 재질로 하였을 경우, 표본 평균 및 표본 표준편차가 각각 D = 2.85, SD = 0.451 이며 검정통계량 |t0| = 12.63로 t(n-1, 2α) = t(3, 0.1)의 값 2.353 보다 크기 때문에 두 방법 간의 흙부착 량의 차이가 있는 것으로 나타났다.
- 즉, 흙부착 방지장치 재질이 스테인리스 스틸일 경우에는 흙부착량의 차이가 없는 것으로 나타났으며, 재질이 고무와 PE일 경우에 흙부착량의 차이가 있는 것으로 나타나 흙부착 방지장치의 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 따라서, 본 연구에서 개발한 흙부착 방지장치 성능시험결과, 로타리 경운작업시 소요동력이 가장 적게 나타났으며, 흙부착량에 있어서도 가장 적게 부착된 PE 재질을 이용한 흙부착 방지장치장착 로타리 커버가 로타리 경운 소요동력을 줄이는 한가지 방법이 될 수 있으리라 사료된다.
- 로타리에 장착한 흙부착 방지장치의 재질로는 스테인리스 스틸, 고무, PE 등을 사용하였다. 흙부착 방지장치 장착 로타리를 이용하여 로타리 경운시험을 통한 경운 소요동력을 측정한 결과 평균 일반 로타리는 52.18ps, 스테인리스 스틸재질 장착 로타리는 52.44ps, 고무재질 장착 로타리는 49.01ps, 그리고 PE재질 장착 로타리는 46.34ps의 소요동력을 나타냈다.
- 3. 흙부착 방지장치 장착 로타리를 이용하여 로타리 경운시험 후 부착된 흙의 양을 조사한 결과 평균 일반 로타리는 5.6kg, 스테인리스 스틸재질 장착 로타리는 5.7kg, 고무재질 장착 로타리는 3.1kg, 그리고 PE재질 장착 로타리는 2.7kg으로 나타났다.
- 4. 실험결과를 토대로 유의수준 5%의 모평균 차에 의한 검정으로 분석해본 결과 스테인리스 스틸 재질의 경우 흙부착 방지효과가 없는 것으로 나타났으며, 고무와 PE재질의 경우에 방지 효과가 있는 것으로 나타났다. 그 중 PE 재질이 소요동력과 흙부착 방지에 각각 11%, 52%의 감소효과가 있어 소요동력 감소 및 흙부착 방지 효과가 탁월한 것으로 나타났다.
- 실험결과를 토대로 유의수준 5%의 모평균 차에 의한 검정으로 분석해본 결과 스테인리스 스틸 재질의 경우 흙부착 방지효과가 없는 것으로 나타났으며, 고무와 PE재질의 경우에 방지 효과가 있는 것으로 나타났다. 그 중 PE 재질이 소요동력과 흙부착 방지에 각각 11%, 52%의 감소효과가 있어 소요동력 감소 및 흙부착 방지 효과가 탁월한 것으로 나타났다.
- 즉, 흙부착 방지장치 재질이 스테인리스 스틸일 경우에는 흙부착 방지의 효과가 없는 것으로 나타났으며, 재질이 고무와 PE일 경우에 흙부착 방지의 효과가 있는 것으로 나타났다.
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