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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 인력에 의존하고 있는 배추정식작업의 생력기계화를 촉진하기 위하여 보행형 배추정식기를 개발하고자 수행하였다 3차원 동역학해석프로그램을 이용하여 각부장치의 작동상태와 운동을 분석하고, 핵심장치의 성능을 검증한 후 시작기를 설계 제작하여 포장시험을 실시하였다.
- 시작기의 작업상태는 비닐을 피복하지 않은 경우와 비닐을 피복한 경우에 대하여 조사하였다. 모의 식부자세는 무피복과 비닐피복의 경우에 85〜95º로 거의 수직으로 심겨진 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 인력에 의존하고 있는 배추정식작업의 생력기계화를 촉진하기 위하여 보행형 배추정식기를 개발하고자 수행하였다, 3차원 동역학해석프로그램을 이용하여 각부장치의 작동상태와 운동을 분석하고, 핵심장치의 성능을 검증한 후 시작기를 설계 제작하여 포장시험을 실시하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 11)으로 설계하여 UG파일로 변환시킨 다음, RecurDyn프로그램의 Para Solid로 변환시켰다. 강체로 정의된 각각의 파트를 Joint, Contact, Force등의 명령을 입력하여 운동분석을 실시하였다. 분석된 결과는 궤적, 변위, 속도, 가속도로 출력이 가능하지만, 본 연구에서는 시작기를 제작하기 전에 기계장치가 의도한 대로 작동하는지 확인하고자 모 취출장치는 취출궤적과 속도를 분석하였으며, 식부장치는 배추정식기가 정지상태에서와 주행할 때의 식부궤적과 속도를 분석하였다.
- 강체로 정의된 각각의 파트를 Joint, Contact, Force등의 명령을 입력하여 운동분석을 실시하였다. 분석된 결과는 궤적, 변위, 속도, 가속도로 출력이 가능하지만, 본 연구에서는 시작기를 제작하기 전에 기계장치가 의도한 대로 작동하는지 확인하고자 모 취출장치는 취출궤적과 속도를 분석하였으며, 식부장치는 배추정식기가 정지상태에서와 주행할 때의 식부궤적과 속도를 분석하였다.
- 모 취출장치의 성능검증은 이송장치에 따른 모 취출률을 조사하여 성능을 검증하였다. 모 이송장치는 그림 1과 같이 핀을 육묘트레이에 밑에 삽입하여 이송하는 홀핀 체인이송방식과 육묘트레이 양쪽 테두리의 구멍을 이용하여 래치로 이송하는 래치이송방식을 비교하여 모 취출률을 조사하였다.
- 모 취출장치의 성능검증은 이송장치에 따른 모 취출률을 조사하여 성능을 검증하였다. 모 이송장치는 그림 1과 같이 핀을 육묘트레이에 밑에 삽입하여 이송하는 홀핀 체인이송방식과 육묘트레이 양쪽 테두리의 구멍을 이용하여 래치로 이송하는 래치이송방식을 비교하여 모 취출률을 조사하였다. 성능시험에 사용한 묘는 파종후 20〜25일 기른 묘가 정식하기에 가장 적합하다고 보고된 바 있어(GNU, 1995) 표 1과 같이 노란자배추로 육묘일수가 23일, 초장이 5~8 cm, 주당 엽수가 5〜6개인 묘를 사용하였다.
- 식부장치의 성능검증은 그림 2와 같이 복합 4절 링크방식의 식부장치를 제작하여 원형 회전토조에서 성능시험을 실시하였다. 고속카메라로 측정된 결과는 동영상해석 프로그램(Motion Plus)을 이용하여 식부궤적, 속도를 분석하였다.
- 고속카메라로 측정된 결과는 동영상해석 프로그램(Motion Plus)을 이용하여 식부궤적, 속도를 분석하였다. 분석한 결과는 동역학해석 프로그램(RecurDyn)을 이용하여 분석한 결과와 비교하여 식부장치의 성능을 검증하였으며, 배추묘를 식부호퍼에 투입하여 배추묘의 식부자세도 조사하였다.
- 시작기는 필지규모가 작은 농가에서도 이용이 가능하도록 보행형으로 설계하여 배추정식기가 회전할 때 생기는 개자리를 없앨 수 있도록 하였다. 실용화 단계에서 생산비를 줄이기 위해 시작기의 동력원은 국제종합기계에서 보급하고 있는 보행이앙기(모델명:PR-4)의 엔진, 미션, 주행장치를 이용할 수 있도록 설계하였다.
- 시작기는 필지규모가 작은 농가에서도 이용이 가능하도록 보행형으로 설계하여 배추정식기가 회전할 때 생기는 개자리를 없앨 수 있도록 하였다. 실용화 단계에서 생산비를 줄이기 위해 시작기의 동력원은 국제종합기계에서 보급하고 있는 보행이앙기(모델명:PR-4)의 엔진, 미션, 주행장치를 이용할 수 있도록 설계하였다. 이앙기에 채택된 기체수평 자동제어방식을 이용하여 두둑중앙에 일정한 깊이로 모를 심을 수 있도록 설계하였다.
- 실용화 단계에서 생산비를 줄이기 위해 시작기의 동력원은 국제종합기계에서 보급하고 있는 보행이앙기(모델명:PR-4)의 엔진, 미션, 주행장치를 이용할 수 있도록 설계하였다. 이앙기에 채택된 기체수평 자동제어방식을 이용하여 두둑중앙에 일정한 깊이로 모를 심을 수 있도록 설계하였다.
- 시작기는 조간 600 mm, 주간 300 ~ 400 mm의 둥근두둑 1열재배로 설정된 표준재배양식을 기준으로 설계하였다(오인식 등, 1999). 시작기는 그림 3과 같이 모 이송장치 모 취출장치, 식부장치, 복토진압장치, 동력전달장치 등으로 구성된다.
- 시작기는 그림 3과 같이 모 이송장치 모 취출장치, 식부장치, 복토진압장치, 동력전달장치 등으로 구성된다. 시작기는 128공 플러그 육묘트레이를 이용하여 모 취출, 식부, 복토진압 작업이 일관작업 될 수 있도록 설계하였다. 시작기의 주요 제원은 표 2와 같다.
- 모 이송장치는 그림 4와 같이 128공 플러그 육묘트레이를 가로로 8칸 이송시킨 다음 세로로 한 칸씩 자동으로 이송시켜 모 취출장치가 모를 하나씩 뽑을 수 있도록 설계하였다. 가로이송은 스크루 이송방식으로 피치는 31.
- 모 취출장치는 육묘트레이에서 모를 뽑아서 식부장치로 전달하는 장치이다. 취출장치는 집게의 끝을 오므려 모를 집고 직선으로 뽑아서 식부호퍼에 근접해서 집게를 벌리면서 식부호퍼로 모를 밀어내는 주기적인 작동을 할 수 있도록 설계하였다. 취출장치가 직선으로 움직이는 구간은 링크가 서로 반대방향으로 회전할 때 생기는 궤적을 이용하였으며, 곡선으로 움직이는 구간은 곡선슬라이더에 의해 궤적이 형성되도록 설계하였다.
- 취출장치는 집게의 끝을 오므려 모를 집고 직선으로 뽑아서 식부호퍼에 근접해서 집게를 벌리면서 식부호퍼로 모를 밀어내는 주기적인 작동을 할 수 있도록 설계하였다. 취출장치가 직선으로 움직이는 구간은 링크가 서로 반대방향으로 회전할 때 생기는 궤적을 이용하였으며, 곡선으로 움직이는 구간은 곡선슬라이더에 의해 궤적이 형성되도록 설계하였다.
- 작동원리는 링크 A를 시계방향으로 회전시키면 링크 B가 반대방향으로 회전하여 타원형의 궤적이 형성되며, 링크 C와 D는 각각의 링크와 평행하도록 링크를 조합시켜 식부호퍼가 항상 지면과 수평을 유지하게 된다. 식부호퍼는 원추홀더방식으로 설계하여 비닐피복에서도 정식이 가능하도록 하였다. 작동원리는 링크 A를 시계방향으로 회전시키면 링식부호퍼는 캠구동에 의해 개폐되도록 설계하였다.
- 식부호퍼는 원추홀더방식으로 설계하여 비닐피복에서도 정식이 가능하도록 하였다. 작동원리는 링크 A를 시계방향으로 회전시키면 링식부호퍼는 캠구동에 의해 개폐되도록 설계하였다. 식부호퍼의 변위는 세로방향이 336 mm, 가로방향이 154mm를 형성하도록 되어있다.
- 2%로 건조한 상태였다. 트랙터부착형 두둑성형기로 두둑을 조간 600 mm, 두둑높이를 150 mm이하로 만들고 비닐을 피복한 상태와 무피복상태를 비교하여 성능시험을 실시하였다. 시작기 성능시험에 사용한 묘는 표 1과 같이 노란자배추로 육묘일수가 23일, 초장이 50〜80mm, 주당 엽수가 5 〜6개인 묘를 사용하였다.
- (1) 2.4마력의 보행 이앙기의 기본구조를 이용하여 보행 1조식 배추정식기를 개발하였다.
대상 데이터
- 모 이송장치는 그림 1과 같이 핀을 육묘트레이에 밑에 삽입하여 이송하는 홀핀 체인이송방식과 육묘트레이 양쪽 테두리의 구멍을 이용하여 래치로 이송하는 래치이송방식을 비교하여 모 취출률을 조사하였다. 성능시험에 사용한 묘는 파종후 20〜25일 기른 묘가 정식하기에 가장 적합하다고 보고된 바 있어(GNU, 1995) 표 1과 같이 노란자배추로 육묘일수가 23일, 초장이 5~8 cm, 주당 엽수가 5〜6개인 묘를 사용하였다.
- 시작기의 성능시험은 표 3과 같이 농업공학연구소 입북동 시험포장에서 실시하였다. 시험포장의 토성은 식양토이었으며, 20 mm 미만의 흙덩이의 무게를 기준으로 측정한 쇄토율은 61.
- 트랙터부착형 두둑성형기로 두둑을 조간 600 mm, 두둑높이를 150 mm이하로 만들고 비닐을 피복한 상태와 무피복상태를 비교하여 성능시험을 실시하였다. 시작기 성능시험에 사용한 묘는 표 1과 같이 노란자배추로 육묘일수가 23일, 초장이 50〜80mm, 주당 엽수가 5 〜6개인 묘를 사용하였다.
데이터처리
- 배추정식기의 핵심장치인 모 취출장치와 식부장치의 운동분석은 동역학해석 프로그램(RecurDyn Version 5.24, Function Bay Inc., Korea)을 이용하였다. 운동분석에 이용한 모 취출 장치는 링크와 슬라이더를 조합한 방식이다.
- 운동분석에 이용한 모 취출 장치는 링크와 슬라이더를 조합한 방식이다. 운동분석방법은 모 취출장치와 식부장치를 3차원 설계프로그램(IDEAS Ver.11)으로 설계하여 UG파일로 변환시킨 다음, RecurDyn프로그램의 Para Solid로 변환시켰다. 강체로 정의된 각각의 파트를 Joint, Contact, Force등의 명령을 입력하여 운동분석을 실시하였다.
- 식부장치의 성능검증은 그림 2와 같이 복합 4절 링크방식의 식부장치를 제작하여 원형 회전토조에서 성능시험을 실시하였다. 고속카메라로 측정된 결과는 동영상해석 프로그램(Motion Plus)을 이용하여 식부궤적, 속도를 분석하였다. 분석한 결과는 동역학해석 프로그램(RecurDyn)을 이용하여 분석한 결과와 비교하여 식부장치의 성능을 검증하였으며, 배추묘를 식부호퍼에 투입하여 배추묘의 식부자세도 조사하였다.
이론/모형
- 75 mm이다. 모 취출장치가 육묘트레이에서 모를 뽑아내는 순간에 육묘트레이가 정지할 수 있도록 하기 위하여 간헐회전기어를 사용하였다(Martin, 1985). 모 취출장치는 육묘트레이에서 모를 뽑아서 식부장치로 전달하는 장치이다.
성능/효과
- 시작기의 성능시험은 표 3과 같이 농업공학연구소 입북동 시험포장에서 실시하였다. 시험포장의 토성은 식양토이었으며, 20 mm 미만의 흙덩이의 무게를 기준으로 측정한 쇄토율은 61.2%로 쇄토율이 좋지 않았으며, 함수율은 23.2%로 건조한 상태였다. 트랙터부착형 두둑성형기로 두둑을 조간 600 mm, 두둑높이를 150 mm이하로 만들고 비닐을 피복한 상태와 무피복상태를 비교하여 성능시험을 실시하였다.
- 0 m/sec의 속도로 나타났다. 원형회전토조에서 측정한 식부속도와 동역학해석 프로그램으로 분석한 식부속도는 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 식부호퍼가 토양속에서 모를 놓는 순간에서는 식부속도가 0.
- 배추모의 결주의 기준은 상토가 토양속으로 삽입되지 않고 두둑위로 올라온 것을 결주로 간주했다. 시작기의 결주율은 무피복인 경우 3.0%, 비닐피복인 경우 2.2%로 나타났으나 이 차이는 비닐피복과 무피복의 차이로 발생한 것이 아니라 육묘트레이에서 모의 뿌리발육상태가 좋지 않은 경우에 발생된 것으로 나타났다. 모의 뿌리발육이 좋지 않은 경우는 취출장치로 모를 뽑을 때 뽑히지 않거나 모가 가벼워 식부호퍼에 투입되었을 때 식부호퍼 속으로 깊게 들어가지 못하기 때문에 모가 두둑위로 다시 올라오는 경우가 발생하였다.
- 시작기의 소요비용은 962천원/ha으로 관행의 1, 310천원/ha에 비하여 29% 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 작업성능은 22시간/ha으로 관행 인력의 184시간/ha에 비하여 88% 절감이 가능한 것으로 분석되었다 표 7에 나타낸 자료를 기준으로 손익분기규모는 4.
- (2) 묘 취출장치의 성능은 묘이송장치의 오차에 따라 좌우되는 것으로 나타났으며, 취출성공률은 홀핀체인 이송방식을 이용할 경우 96.0%, 래치이송방식에서 99.2%로 나타나 래치이송방식으로 시작기를 제작하였다
- (3) 식부장치는 복합 4절 링크방식으로 타원형의 식부궤적을 형성되었으며, 토양속에서 식부호퍼가 끌리거나 밀리는 현상이 없고 모의 식부상태도 좋게 나타났다.
- (4) 시작기의 작업상태는 비닐피복 및 무피복 상태에서 작업이 가능한 것으로 나타났으며, 결주율은 2.2〜3.0%로 나타났으며, 작업성능은 2.2시간/10이며, 비용은 961, 757원/ha로 관행에 비하여 노력은 88%, 비용은 29% 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
- 모의 뿌리발육이 좋지 않은 경우는 취출장치로 모를 뽑을 때 뽑히지 않거나 모가 가벼워 식부호퍼에 투입되었을 때 식부호퍼 속으로 깊게 들어가지 못하기 때문에 모가 두둑위로 다시 올라오는 경우가 발생하였다. 결주율을 줄이기 위해서는 기계정식용 육묘기술 개발에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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