The geometric characteristics of the Altari radish were measured for the purpose of mechanization of the kimchi processing. In this study, geometric characteristics such as the sectional area and volume of the radishes(pyeong-gang and sa-chul) were calculated using the image processing method, and p...
The geometric characteristics of the Altari radish were measured for the purpose of mechanization of the kimchi processing. In this study, geometric characteristics such as the sectional area and volume of the radishes(pyeong-gang and sa-chul) were calculated using the image processing method, and physical properties such as the compressive strength, the cutting force of the radish and the torsional moment of the radish leaf-stems were measured by using a universal testing machine. In case of the radish(pyeong-gang), the weight was ranged 215.0∼465.0 g, the length of the radishes(body) was 86.3∼129.2 mm, the diameters were 43.3∼58.1 mm, and the length of the leaves was 261.3-368.2 mm. And the vertical compressive strengths were ranged 83.8∼171.7 N/$\textrm{cm}^2$, the horizontal compressive strengths were 113.0∼176.3 N/$\textrm{cm}^2$, the shearing forces were 86.0∼114.6 N, and the surface hardness was ranged 51.1∼52.1 N/$\textrm{cm}^2$. In case of the radish(sa-chul), the weight was ranged 203.5∼412.2 g, the length of the bodies was 67.5∼127.0 mm, the diameters were 22.3∼59.8 mm and the length of the leaves was 245.6∼312.6 mm respectively. And the vertical compressive strengths were ranged 91.3∼168.3 N/mm, the horizontal compressive strengths were 132.6∼186.9 N/$\textrm{cm}^2$, the shearing forces were 89.4∼116.5 N, and the surface hardness was ranged 52.4∼67.8 N/$\textrm{cm}^2$, respectively.
The geometric characteristics of the Altari radish were measured for the purpose of mechanization of the kimchi processing. In this study, geometric characteristics such as the sectional area and volume of the radishes(pyeong-gang and sa-chul) were calculated using the image processing method, and physical properties such as the compressive strength, the cutting force of the radish and the torsional moment of the radish leaf-stems were measured by using a universal testing machine. In case of the radish(pyeong-gang), the weight was ranged 215.0∼465.0 g, the length of the radishes(body) was 86.3∼129.2 mm, the diameters were 43.3∼58.1 mm, and the length of the leaves was 261.3-368.2 mm. And the vertical compressive strengths were ranged 83.8∼171.7 N/$\textrm{cm}^2$, the horizontal compressive strengths were 113.0∼176.3 N/$\textrm{cm}^2$, the shearing forces were 86.0∼114.6 N, and the surface hardness was ranged 51.1∼52.1 N/$\textrm{cm}^2$. In case of the radish(sa-chul), the weight was ranged 203.5∼412.2 g, the length of the bodies was 67.5∼127.0 mm, the diameters were 22.3∼59.8 mm and the length of the leaves was 245.6∼312.6 mm respectively. And the vertical compressive strengths were ranged 91.3∼168.3 N/mm, the horizontal compressive strengths were 132.6∼186.9 N/$\textrm{cm}^2$, the shearing forces were 89.4∼116.5 N, and the surface hardness was ranged 52.4∼67.8 N/$\textrm{cm}^2$, respectively.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 시설재배 알타리무와 노지재배 알타리무의 기하학적 형상, 뿌리부의 부위별 압축강도, 압축변형량, 표면경도 및 무청과 뿌리부의 절단 강도 등을 분석하여 알타리무 김치의 전처리 가공시스템 중 삭피장치의 개발의 기초자료에 활용코자 하였다.
제안 방법
정하였다. 그리고, 각 항목을 측정하기 위해 1cm xlcm의 종이의 픽셀을 측정한 후 무청과 뿌리에서 측정된 픽셀을 실제 크기로 변환하였다.
1 에서, L1은 무청의 길이, L2는 알타리무 뿌리부 전체의 길이, L3는 뿌리 하부의 가장 굵은 부분까지의 길이, L4는 중간의 잘록한 부분(neck)까지의 길이, L5는 뿌리부 상부의 가장 굵은 부분까지의 길이이며, DI, D2 및 D3는 각각 L5, L4 및 L3에서의 직경을 나타낸 것이다. 또 무청과 뿌리의 경계면에서 무청의 방향으로 3cm 까지를 무청 접합부라 하고 이 부분을 절단하여 무청의 단면적을 측정하였다. 측정에 사용된 시료는 10회 반복하여 사용하였으며 평균 함수율은 84.
측정은 각 부위별로 수직 방향(무의좌우방향)과 수평방향(무의 상하방향)으로 구분하여 실시하였으며, 힘 -변형곡선에서 측정한 기계적 특성치들은 파괴점, 압축변형량, 압축강도 등이다. 또한, 기계적 특성치를 비교하기 위해 일반무의 압축실험도 동일한 조건에서 실시하였다.
무의 부위별 표면경도 측정에는 물성분석기 (TA-XT2i, Stable Micro Systems)의 관입시험장치 (penetrometer)를 이용하였는데, 직경 2mm의 탐침(probe)을 0.2 mm/s의 속도로 표면에서 5mm까지 침투시켜 알타리무의 표면 경도를 측정하였다. 이 경우 일반무 껍질의 표면 경도도 함께 측정하여 알타리무의 경도와 비교하였다.
무의 회전속도는 알타리무 삭피장치에서 무청을 회전시킬 때 손상이 생기지 않는 범위인 6, 7, 8 rpm으로 3단계로 나누어 측정하였고, 저장기간에 따른 무청의 분리에 필요한 최대비틀림 모멘트를 구하기 위해 수확한지 3, 4, 5일이 경과한 것에 관하여 비교하였는데, 이는 산지에서 생산되어 김치공장에서 가공하기 위해 입고되는 시기에 기초한 것이다. 본 시험에 사용된 주요 장비와 그 제원은 Table 1과 같다.
)이었다. 실험은 측정항목에 따라 10회씩 반복하였다.
압축실험은 평판 압축실험으로 수행되었으며 , 하중 재하속도는 ASAE S368.3에서 규정하고 있는 2.5-30 mm/min의 범위인 30 mm/min으로 하였다. 압축실험에는 일변이 10mm인 정육면체 시편을 채취하여 사용하였다.
2 mm/s의 속도로 표면에서 5mm까지 침투시켜 알타리무의 표면 경도를 측정하였다. 이 경우 일반무 껍질의 표면 경도도 함께 측정하여 알타리무의 경도와 비교하였다.
전단강도의 측정은 고정용 블록을 사용하여 알타리무를 고정시키고 알타리무의 뿌리부와 무청의 연결 부분에 대해 실시하였다. 이 때 연결부의 직경에 맞추어 칼날의 폭은 70mm이었고, ASAE S459에 따라 너비는 3mm, 칼날이 통과하는 슬릿의 폭은 3.
3 에서 보는 바와 같이 시험장치를 제작하였다. 측정 장치 위에 알타리무의 뿌리를 고정시키고 무청을 클램프에 지지한 후 모터의 회전에 따라 무청이 회전하게 되면뿌리부를 고정하고 있는 베어링 판이 저항하는 힘을 가느다란 철사를 통해 로드셀(load cell)로 전달되도록 하였다. 로드셀에 가해진 힘은 동스트레인 증폭기를 통해 스트레인 값을 읽어들이고 자료수집-제어시스템을 통하여 값을 변환하여 컴퓨터에 저장되고, 컴퓨터 내에서 부하토크의 값을 측정한다.
사용하였다. 측정은 각 부위별로 수직 방향(무의좌우방향)과 수평방향(무의 상하방향)으로 구분하여 실시하였으며, 힘 -변형곡선에서 측정한 기계적 특성치들은 파괴점, 압축변형량, 압축강도 등이다. 또한, 기계적 특성치를 비교하기 위해 일반무의 압축실험도 동일한 조건에서 실시하였다.
해상도 1,392 X 1,040, 픽셀 규격 4.65㎛ × 4.65㎛인 CCD 카메라(Sony IC×205AL)를 이용하여 뿌리와 무청의 영상을 얻어 PC용 영상처리 프로그램인 Matrox 4.0ver를 통해 정보를 얻을 수 있는 구조로 구성하였다. Fig.
대상 데이터
무의 영상처리시스템은 300mm x 300mm x 1,200mm인 사각형 암실을 제작, 그 상단부에 카메라를 설치하고 암실의 중앙에 형광등 4개를 설치하여 사용하였다. 해상도 1,392 X 1,040, 픽셀 규격 4.
본 실험에서 사용된 알타리무(이하 무와 병용)는 2003년 5월에 경남 진주 농산물 도매시장에서 전일 수확된 것으로, 무의 품종은 평강과 사철을 이용하였다. 구입한 무는 실험실의 환경조건(15°C, 75% RH)에서 약 4시간 동안 실험실 환경에 적응시킨 후 시료를 채취하여 실험하였는데, 반입 당시 시료의 함수율은 79~87%(w.
시편은 알타리무의 뿌리부에서 직경이 가장 큰 부위와 중심부, 그리고 무청의 경계부에 인접한 곳에서 채취하여 사용하였다. 측정은 각 부위별로 수직 방향(무의좌우방향)과 수평방향(무의 상하방향)으로 구분하여 실시하였으며, 힘 -변형곡선에서 측정한 기계적 특성치들은 파괴점, 압축변형량, 압축강도 등이다.
5-30 mm/min의 범위인 30 mm/min으로 하였다. 압축실험에는 일변이 10mm인 정육면체 시편을 채취하여 사용하였다.
3mm, 칼날 각은 90°, 그리고 하중 재하속도는 규정 범위내인 5 mm/min으로 하였다. 측정된 물성은 전단력, 칼날의 이동거리 및 전단 에너지 등이었다.
성능/효과
1) 평강 무는 평균 무청길이 325.4mm, 무(몸통)의 길이 102.4mm, 상부의 직경 49.8mm, 중간부의 직경 51.9mm, 하부의 직경 50.3mm 이었으며, 사철 무는 평균 무청 길이 283.1mm, 몸통길이 94.3mm, 상부의 직경 33.2mm, 중간부의 직경 29.9mm, 하부의 직경 48.2mm 이었다.
2) 무청의 평균 단면적은 4.08cm2 이었고, 3.5~4.5cm2 사이에 78%가 분포하였으며, 무청의 평균 둘레는 11.23 cm 이었다.
3) 평강 무의 수직방향 압축강도는 83.8~171.7N/cm2, 수평방향 압축강도는 113.0〜191.7 N/cm2에 분포하였으며, 사철 무의 수직방향 압축강도는 91.3-168.3 N/cm2, 수평방향 압축강도는 132.6 〜 186.9 N/cm2에 분포하였다. 압죽강도는 무의 위치보다는 재하 방향에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다.
4) 평강 무청 접합부의 전단력은 100.6 N이었고, 사철 무의 경우 103.4 N으로 나타났다.
5) 평강 무 표면의 경도는 전체적으로 깊이 1〜2mm 에서 최대값 52.1 N/cm2을 나타내었고, 사철 무의 경우 상부의 같은 깊이에서 경도 67.8 N/cm2로 가장 높은 수치를 보였다.
6) 무청의 분리에 필요한 비틀림모멘트는 회전속도 8 rpm에서 15.2 N·cm/cm2 이었고, 수확 후 5일이 지난 후에는 급격히 감소하였다.
그리고, 평균 압축변형량의 범위는 가해지는 하중의 방향과 관계없이 4.0〜4.6mm로 나타났는데, 이처럼 압축변형량이 작은 이유는 초기에 파괴점에 도달한 했을 때가장 높은 압축강도를 보이고 파괴가 계속 일어나더라도 초기에 나타난 최대 압축강도를 넘지 않아 압축변형량은 초기에 이루어진 값만 취하게 된 것으로 생각된다.
알타리무의 품종에 따라 무의 외형은 차이가 있었는데, 사철 무는 상부가 작고 하부가 큰 표주박 모양으로 평강 무의 타원형인 것에 비해 길이, 직경 및 무게가 작았으며, 부위별 직경의 차이도 크게 나타났다.
이상의 결과에서, 사철 무의 압축강도의 평균값은 평강 무의 압축강도에 비해 수직 방향의 경우 12.9 N/cm2, 수평 방향의 경우 5.3 N/cm2 정도 크게 나타났으며 평강 무와 사철 무 모두 재하 방향이 수평일 때가 수직인 경우 보다 압축강도가 크게 나타남을 알 수 있다.
1 N/cm2 정도 큰 경향을 보였다. 일반무는 평강 무에 비해 수직방향 압축강도는 비슷하였고, 수평방향 압축강도는 9.1 N/cm2 만큼 크게 나타났다. 사철 무의 압축강도 보다는 수직, 수평방향 모두 각각 15.
또 무청과 뿌리의 경계면에서 무청의 방향으로 3cm 까지를 무청 접합부라 하고 이 부분을 절단하여 무청의 단면적을 측정하였다. 측정에 사용된 시료는 10회 반복하여 사용하였으며 평균 함수율은 84.5% (w.b.)였다.
참고문헌 (7)
M. A. F. 2000. Crop production. Statistics Related to Agricultural Industry. (In Korean)
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