보통형 콤바인 부착용 유채 예취장치 개발(I) - 시작기 설계 및 제작 - Development of a Rapeseed Reaping Equipment Attachable to a Conventional Combine (I) - Design and Construction of a Prototype -원문보기
이충근
(Agricultural Researcher, National Academy of Agricultural Science, RDA)
,
최용
(Agricultural Researcher, National Academy of Agricultural Science, RDA)
,
전현종
(Agricultural Researcher, National Academy of Agricultural Science, RDA)
,
이승규
(Dept. of Biological Systems Engineering, Gyeongsang National University)
,
류찬석
(Kyoto University)
,
김동민
(Asia technology Co.)
Bio-diesel applications seem to be extended due to bio-diesel policies and changes of agricultural environment. This study was conducted to develop a rapeseed reaping equipment attachable to the conventional combine. This paper was intended to report concept design, process and manufacturing of the ...
Bio-diesel applications seem to be extended due to bio-diesel policies and changes of agricultural environment. This study was conducted to develop a rapeseed reaping equipment attachable to the conventional combine. This paper was intended to report concept design, process and manufacturing of the prototype rapeseed reaping equipment. For concept design, physical properties of "SUNMANG", which is a typical rapeseed as bio-diesel materials, were considered. The designed prototype rapeseed reaping equipment consisted of wide-width plates, finger type knifes, side cutter knifes and drive equipments. The wide-width plate is 2.1 m wide, 0.7 m long, and 0.002 m thick. The finger type cutter knifes have 14.5 fingers, 30 knifes, and the specification was 7.6 cm of pitch, 8.3 cm of length and $21^{\circ}$ of cutting angle. The side cutter knifes consisted of a hydraulic pump, a hydraulic motor, a flow control and a relief valve, a hydraulic hose, a driving equipment and a reciprocating cutter knife. The 18 reciprocating cutter knifes were 137 cm long and knife pitch, knife length and cutting angle were 7.7 cm, 10.5 cm, and $18^{\circ}$. Prototype weight of the rapeseed reaping equipment was heavier by 272 kg when compared with the manual reaping equipments. Load distributions of left and right side showed 50% and 49%, and those of front and rear side showed 64% and 36%. Static turn-over angles in left and right of the prototype were $38.1^{\circ}$ and $38.7^{\circ}$, respectively. The designed prototype rapeseed reaping equipment was properly mounted at the front of a conventional combine.
Bio-diesel applications seem to be extended due to bio-diesel policies and changes of agricultural environment. This study was conducted to develop a rapeseed reaping equipment attachable to the conventional combine. This paper was intended to report concept design, process and manufacturing of the prototype rapeseed reaping equipment. For concept design, physical properties of "SUNMANG", which is a typical rapeseed as bio-diesel materials, were considered. The designed prototype rapeseed reaping equipment consisted of wide-width plates, finger type knifes, side cutter knifes and drive equipments. The wide-width plate is 2.1 m wide, 0.7 m long, and 0.002 m thick. The finger type cutter knifes have 14.5 fingers, 30 knifes, and the specification was 7.6 cm of pitch, 8.3 cm of length and $21^{\circ}$ of cutting angle. The side cutter knifes consisted of a hydraulic pump, a hydraulic motor, a flow control and a relief valve, a hydraulic hose, a driving equipment and a reciprocating cutter knife. The 18 reciprocating cutter knifes were 137 cm long and knife pitch, knife length and cutting angle were 7.7 cm, 10.5 cm, and $18^{\circ}$. Prototype weight of the rapeseed reaping equipment was heavier by 272 kg when compared with the manual reaping equipments. Load distributions of left and right side showed 50% and 49%, and those of front and rear side showed 64% and 36%. Static turn-over angles in left and right of the prototype were $38.1^{\circ}$ and $38.7^{\circ}$, respectively. The designed prototype rapeseed reaping equipment was properly mounted at the front of a conventional combine.
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문제 정의
국내에 바이오디젤 원료용으로 재배되고 있는 유채는 수확 시기가 6월 중순경으로 수확기간이 타 작물과 비교해 10일 정도로 매우 짧기 때문에 작업성능이 뛰어나고 유채 생산에 있어서 농기계 투입에 따른 소요비용을 최소화하기 위해 관행의 보통형 콤바인에 장착이 용이하게 유채 예취장치의 개발을 목표로 하였다.
따라서 본 연구의 목적은 현재 국내에 보리와 콩 등을 수확하기 위해 보급되고 있는 관행의 보통형 콤바인에 장착이 가능한 유채 예취장치의 개념을 설계하고 시작기를 개발함에 있다
5 mm, 최대 17 MPa의 내압에 견딜 수 있는 특징을 지니고 있다. 유량제어 밸브를 이용하여 유량조절을 하는 목적은 수확작업조건 변화에 따른 측면 예취날의 절단속도를 가변적으로 조절하기 위함이며 동시에 본 연구에서 개발된 유채 예취 장치를 장착한 콤바인을 이용하여 보리나 콩 등을 수확할 때, 불필요하게 측면 예취날을 사용하지 않기 위함이다. 그림 8은 구동장치의 구성요소를 나타낸 것이다.
탈부착이 용이한 유채 예취장치를 개발하였다. 이 연구에서는 유채 예취장치의 개념설계부터 시작기를 제작하는 과정을 보고 하였다.
시작기는 공동연구업체인 (주)아세아텍에서 제작되었다. 제작된 시작기를 보통형 콤바인의 본체에 장착하여 실시한 포장성능시험 결과는 추후 논문에 상세히 보고될 것이며, 여기서는 제원을 구하였다. 측정한 항목은 유채 예취장치 장착 후 전체중량변화, 좌.
제안 방법
(1) 보통형 콤바인(CT-2100A)의 본체에 장착이 가능한 유채 예취장치 개발을 위해 우리실정에 적합한 설계지침을 정하고, 국내 바이오디젤 원료용으로 재배되고 있는 선망 품종의 물리적 특성에 근거한 설계를 하였다.
(2) 유채 예취장치의 구성은 목질화 된 유채줄기와 굵은 주경을 효과적으로 절단하기 위한 핑거형 예취날, 콤바인의 예취작용에 따른 충격과 예취부의 회전릴과 유채의 접촉에 의해 유채 종실의 지면 낙립을 최소화하기 위한 광폭형 저판, 수확 시 유채 개체간의 줄기 엉키는 현상을 강제적으로 절단하여 작업효율을 증진시키기 위한 측면 예취날 그리고 측면 예취날을 구동하기 위한 구동장치 등으로 크게 구성하였다.
(4) 측면 예취날은 유압펌프 유압모터, 유압탱크, 유량제어 밸브 그리고 유압호스 등으로 구성된 구동장치와 상하부 작동칼날로 구성된 왕복동형 측면 예취날 조합으로 개발하였다. 상하부 작동칼날의 전체 길이는 각각 137 cm, 사용된 상하 작동칼날의 수는 각각 18개, 날의 피치는 7.
3 m 이하로 보았을 때 예취된 유채를 광폭저판에 올려 놓을 수 있는 최소한의 이론적 공간이 마련되기 때문이다. 광폭형 저판에 낙립된 유채종실이 콤바인의 선회 및 이동 중에 논바닥으로 흘러내리지 않게 하기 위해 핑거형 예취날 뒤쪽 부분에 삼각형 모양의 손실 방지용 판을 높이 0.03 m, 폭 0.07 m, 길이 2.1 이로 설치하였다. 그림 4는 제작된 광폭형 저판을 나타내고 있다.
국내에 바이오디젤 원료용으로 재배되고 있는 유채를 수확하기 위해 작업성능이 뛰어나고 유채 생산에 있어서 농기계투입에 따른 소요비용을 최소화하기 위해 관행의 보통형 콤바인에 탈부착이 용이한 유채 예취장치를 개발하였다. 이 연구에서는 유채 예취장치의 개념설계부터 시작기를 제작하는 과정을 보고 하였다.
기존의 보통형 콤바인을 이용하여 유채 수확 적응성을 향상시키고 콤바인 이용효율을 증진하기 위해 유채 예취 장치를 기존 콤바인에 탈부착이 가능하도록 설계하였으며 그림 10과같이 제작하였다. 유채 예취장치는 기존의 예취부를 구성하고 있는 기본 프레임, 예취릴, 플랫폼 오거, 이송장치 등에 광폭형 저판, 핑거형 예취날, 측면 예취날 그리고 구동장치 등이 추가된 형태이다.
본 연구에서는 우리나라의 농업여건을 고려하여 첫 번째 방식을 채택하여 장치개발을 추진하였다. 즉, 우리나라에서는 바이오디젤 원료용 유채를 생산하기 위해 유채 재배 규모를 대규모.
가벼운 물리적 특징을 지니고 있다. 유채 예취장치 설계를 위하여 이러한 물리적 특징과 우리나라의 농업환경을 고려하여 다음과 같은 설계 지침을 도출하였다
유채 예취장치의 설계 수순은 다음과 같았다 먼저, 유채 예취 장치를 장착할 보통형 콤바인의 예취부를 제외한 본체를 선정하고, 유채 예취장치의 구성요소인 광폭형 저판, 핑거형예취날, 측면 예취날 그리고 구동장치 등의 사양을 수확 시기 유채의 물리적 특성을 바탕으로 설계하였다. 시작기는 공동연구업체인 (주)아세아텍에서 제작되었다.
작업을 할 수 없었다. 이를 개선하기 위해 유채 수확 작업 시 엉킨 유채 줄기를 절단하기 위해 싱하부 작동칼날로 구성된 왕복동형 측면 예취날을 개발하였다. 상하부 작동 칼날의 전체 길이는 각각 137 cm로 하였는데 이 이유는 유채 평균 초장이 100 cm를 초과하는 것이 많기 때문에 이러한 유채를 효율적으로 절단하기 위해 길게 하였다.
대상 데이터
(3) 광폭형 저판은 가로 2.1 m, 세로 0.7 m 그리고 두께 0.002 m로 제작하였으며 핑거형 예취날은 고정핑거, 작동칼날 그리고 클립 등으로 구성하였으며, 예취날 피치는 7.6 cm, 높이는 8.3 cm, 절단각은 21°< 이루고 있다. 소요된 핑거수는 14.
3 cm, 행정은 8.8 cm, 왕복동 수는 분당 518회, 절단각은 21。를 이루고 있으며, 재질로 탄소공구강재(STC5) 가 이용되었다. 핑거의 피치는 7.
보통형 콤바인을 이용하여 유채 수확작업의 적응성을 검토하기 위해 유채 수확에 적합할 것으로 판단되는 보통형 콤바인 (CA-2100A, 아세아텍)을 선정하였다. 그 이유는 Lee(2007a) 의 보고에 의하면 4조 자탈형 콤바인을 이용한 유채 수확 작업을 실시할 경우, 유채 줄기 엉키는 현상과 단위시간당 유량 증가에 따라 예취부에서 탈곡부로의 이송불량 및 탈곡 부로의 공급 불량 등의 현상이 발생하여 유채 수확작업이 불가능했기 때문이다.
3 cm, 절단각은 21°< 이루고 있다. 소요된 핑거수는 14.5개이며 작동칼날은 30개이다.
수확 시기에 목질화 된 주경을 효과적으로 절단하기 위해 고정 핑거, 작동칼날 그리고 클립 등으로 구성된 핑거형 예취 날을 선정하였다. 핑거형 예취날은 핑거의 피치와 예취날 행정의 피치가 같은 정규형 구조의 형태이다.
물리적 특성을 바탕으로 설계하였다. 시작기는 공동연구업체인 (주)아세아텍에서 제작되었다. 제작된 시작기를 보통형 콤바인의 본체에 장착하여 실시한 포장성능시험 결과는 추후 논문에 상세히 보고될 것이며, 여기서는 제원을 구하였다.
따라서, 본 콤바인의 활용도 제고 및 유채 재배 시 수확비용 절감 측면에서 기존콤바인을 이용하는 것이 효율적이라 판단되었다. 엔진은 4 싸이클 디젤엔진으로서 출력은 51 kW이다. 예취폭은 2.
이를 위해서는 광폭형 저판이 필요한데 본 연구에서는 가로 2.1 m, 세로 0.7 m 그리고 두께 0.002 m의 구조용 압연강재 (SS400)를 이용하여 광폭형 저판을 제작하였다. 여기서, 광폭이라 함은 기존의 콤바인 플랫폼 오거 하단부의 저판이 콤바인 진행방향으로 연장된 것을 의미하며, 0.
2 cm, 왕복동 수는 분당 518회, 절단각은 18。 였다. 재질로 탄소공구강재(STC5)를 이용하였다. 그림 6은 제작된 측면 예취날을 나타내고 있으며, 측면 예취날 지지 프레임과 예취날 클립, 유압모터 및 링크 그리고 예취날에 대한각 구성요소의 치수를 나타내고 있다.
8 cm, 왕복동 수는 분당 518회, 절단각은 21。를 이루고 있으며, 재질로 탄소공구강재(STC5) 가 이용되었다. 핑거의 피치는 7.6 cm, 길이는 17.5 cm, 클립의 피치는 7.6 cm, 길이는 6.95 cm이며 재질로 구상흑연주철 (GCD450)을 이용하였다. 예취날로 사용된 핑거수는 14.
성능/효과
(5) 시작기를 본체에 장착하였을 때 총 무게는 4, 773 kg으로서 관행 예취부보다 6.04% 증가되었다. 좌.
1. 유채 예취장치의 구성은 국내에 보급되고 있는 보통형 콤바인(CA-2100A)을 본체로 이용하며 예취부만 유채 수확에 적합하도록 하여 개발비를 줄이고 저비용 고능률 작업성능을 갖추어야 한다.
2. 유채는 수확 시에 콤바인의 예취작용에 따른 충격과 예취부의 회전릴과 유채의 접촉에 의해 유채 종실의 지면낙립을 최소화하기 위한 광폭형 저판이 구비되어야 한다.
3. 유채는 보리나 밀 등과 비교해 수확 시기에 줄기가 목질화 되며, 주경이 굵기 때문에 일반 작동칼날과 고정칼날로 구성된 예취칼날의 경우 날과 날 사이에 주경이 끼여날 이 상하로 벌어지는 현상이 우려되기 때문에 이를 최소화하기 위해 핑거형 예취날이 구비되어야 한다.
5. 유채 예취장치의 구성요소인 핑거형 예취날과 측면 예취 날의 구동방식은 보통형 콤바인의 본체에서 구동원을제공받아야 하며, 광폭형 저판을 장착하였더라도 작업성능에는 차이가 없어야 한다.
6. 유채 예취장치를 보통형 콤바인의 예취부에 적용했을 때 차량에 의한 운반, 농로 및 논두렁 이동성이 양호해야 하며, 정적 횡전도각 등에 있어서 안전성이 확보되어야 한다.
그러나, 1976년에 700, 000 ha 이상에 도달했던 보리 총 재배 면적이 현재는 60, 000 ha 미만으로 감소하면서 콤바인의 이용률이 줄어들고 있다. 따라서, 본 콤바인의 활용도 제고 및 유채 재배 시 수확비용 절감 측면에서 기존콤바인을 이용하는 것이 효율적이라 판단되었다. 엔진은 4 싸이클 디젤엔진으로서 출력은 51 kW이다.
이때, 측면 예취날의 이동거리는 식 1, 행정 거리는 식 2, 평균 절단속도는 식 3으로 표현할 수 있다. 본 장치에서 크랭크 회전수 분당 518 히, 링크 길이 29.5 cm, 크랭크 반지름 3.15 cm를 고려하여 계산하면, 행정은 6.3 cm, 평균 절단속도는 1.09 m/s로서, 주로 벼 수확작업에 이용되고 있는 4조 자탈형 콤바인(DSM65, Daedong, Korea)의 행정이 5.3 cm, 예취날 평균 절단속도가 1.3 m/s인 점을 고려하면 본 장치를 이용하여 유채 줄기와 줄기의 엉킨 현상은 충분히 절단할 수 있을 것으로 판단되었다.
참고문헌 (8)
Lee, C. K. 2007a. The status of rapeseed cultivation machinery technology for biodiesel in Korea. Journal of Bio systems Engineering 32(5):363-369. (In Korean)
Lee, C. K. 2007b. The status of rapeseed cultivation machinery technology for biodiesel in Japan. Journal of Bio systems Engineering 32(5):370-376. (In Korean)
Lee, C. K. 2007c. The status of rapeseed cultivation machinery technology for biodiesel in Germany. Journal of Bio systems Engineering 32(5):377-381. (In Korean)
Taniwaki, K. 2006. Production of rapeseed and biodiesel. JSAM 68(3):9-12. (In Japanese)
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