[국내논문]보통형 콤바인 부착용 유채 예취장치 개발 (III) - 유채 기계 수확 손실 절감을 위한 요인 구명 - Development of a Rapeseed Reaping Equipment Attachable to a Conventional Combine (Ill) - Analysis of Principal Factor for Loss Reduction of Rapeseed Mechanical Harvesting -원문보기
Field test was conducted to investigate primary factors reducing rapeseed harvesting using a reciprocating cutter-bar of combine. The results showed that the correlation between crop moisture content and yield loss had a U-type, which indicated that the yield reduction increased at too high and too ...
Field test was conducted to investigate primary factors reducing rapeseed harvesting using a reciprocating cutter-bar of combine. The results showed that the correlation between crop moisture content and yield loss had a U-type, which indicated that the yield reduction increased at too high and too low crop moisture contents. The proper ranges of crop moisture contents were 27${\sim}$35%, 21${\sim}$56%, and 62${\sim}$73% in case of grain, pod and stem, respectively. Crop moisture content was negatively correlated with header loss, but positively correlated with threshing loss. In contrary, stem moisture content showed positive correlations with total loss, threshing loss and separation loss. Working speed was positively correlated with header loss. Total flow rate, pod flow rate and stem flow rate were highly correlated with threshing loss and separation loss. However, grain flow rate did not show any correlation with total loss. According to the principal component analysis, two principal components were derived as components with eigenvalues greater than 1.0. The contribution rates of the first and the second components were 52.7% and 38.9%, which accounted for 91.6% of total variance. As a contributive factor influencing total loss of rapeseed mechanical harvesting, a crop moisture content factor was greater than a crop flow rate factor. The stepwise multiple regression analysis for total loss was conducted using crop moisture content factor, crop flow rate factor and coefficient. However, the model did not show any correlation among independent and dependent factors ($R^2$=0.060).
Field test was conducted to investigate primary factors reducing rapeseed harvesting using a reciprocating cutter-bar of combine. The results showed that the correlation between crop moisture content and yield loss had a U-type, which indicated that the yield reduction increased at too high and too low crop moisture contents. The proper ranges of crop moisture contents were 27${\sim}$35%, 21${\sim}$56%, and 62${\sim}$73% in case of grain, pod and stem, respectively. Crop moisture content was negatively correlated with header loss, but positively correlated with threshing loss. In contrary, stem moisture content showed positive correlations with total loss, threshing loss and separation loss. Working speed was positively correlated with header loss. Total flow rate, pod flow rate and stem flow rate were highly correlated with threshing loss and separation loss. However, grain flow rate did not show any correlation with total loss. According to the principal component analysis, two principal components were derived as components with eigenvalues greater than 1.0. The contribution rates of the first and the second components were 52.7% and 38.9%, which accounted for 91.6% of total variance. As a contributive factor influencing total loss of rapeseed mechanical harvesting, a crop moisture content factor was greater than a crop flow rate factor. The stepwise multiple regression analysis for total loss was conducted using crop moisture content factor, crop flow rate factor and coefficient. However, the model did not show any correlation among independent and dependent factors ($R^2$=0.060).
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제안 방법
따라서 본보에서는 유채 예취장치를 장착한 콤바인을 이용한 유채 수확에 있어서 손실절감을 위한 요인구명을 위해 유채 곡립, 협, 줄기 함수율, 작업속도 전 유량, 경협유량, 곡립 유량 변화에 따른 예취, 탈곡, 선별 손실을 비교하였다. 그리고 상호 요인간의 상관관계와 주성분 분석을 통해 수확 손실에 영향을 미치는 요인과 요인별 기여율을 분석하였다.
그리고 상호 요인간의 상관관계와 주성분 분석을 통해 수확 손실에 영향을 미치는 요인과 요인별 기여율을 분석하였다.
전보(Lee et al., 2008; Lee et al., 2009)에서 보고한 보통형 콤바인에 탈부착이 가능한 유채 예취장치를 보통형 콤바인에 부착하여 유채 기계 수확 손실 절감을 위한 요인 구명시험을 실시하였다. 시험포장은 전보에서 기술한 2번 포장에 대한 설명과 동일하다.
포장시험에 앞서 표 1과 같이 시험 일자별로 수확 작업에 영향을 미치는 유채 생육 특성인 초장, 제 1 분지고, 최하 착협고, 주경, 단위면적당 평균 주수, 입모각 등을 조사하였다. 표에서와 같이 평균 초장은 161 cm, 제 1 분지고는 66 cm, 최하 착협고는 101cm, 주경은 0.
유채 기계 수확 포장시험은 2008년 6월 11 일부터 14일까지 4일간에 걸쳐서 콤바인의 작업속도와 수확시기를 변경해 가면서 총 23회 반복시험을 실시하였다. 조사내용은 곡립유량, 경협 유량, 작업속도 곡립구 곡립조성비 항목인 완전립, 손상립, 미탈부립, 협잡물, 그리고 곡립 손실량 조사항목인 예취부 손실, 탈곡부 손실, 선별부 손실을 조사하였다.
총 23회 반복시험을 실시하였다. 조사내용은 곡립유량, 경협 유량, 작업속도 곡립구 곡립조성비 항목인 완전립, 손상립, 미탈부립, 협잡물, 그리고 곡립 손실량 조사항목인 예취부 손실, 탈곡부 손실, 선별부 손실을 조사하였다. 조사방법은 농촌진흥청 농업공학연구소 보통형 콤바인 시험방법(NIAE T5020, NAAS, 2008)에 준해 실시하였다 조사에 있어서 선정된 시험대상 포장(장변 : 100 m, 단변 : 50 m)을 정도시험을 할 수 있도록 시험구(장변 : 30 m, 단변 : 40 m)를 제외하고 수확 작업을 실시하였다.
조사방법은 농촌진흥청 농업공학연구소 보통형 콤바인 시험방법(NIAE T5020, NAAS, 2008)에 준해 실시하였다 조사에 있어서 선정된 시험대상 포장(장변 : 100 m, 단변 : 50 m)을 정도시험을 할 수 있도록 시험구(장변 : 30 m, 단변 : 40 m)를 제외하고 수확 작업을 실시하였다. 각 정도시험에 있어서 탈곡부, 선별부 그리고 곡립배출구에 배출되는 경협, 곡립 등을 전량 수집하였다. 수집된 샘플로부터 곡립유량, 경협유량, 전 유량, 각부 부위별 손실량, 곡립구 곡립조성비 등을 산출하였다.
각 정도시험에 있어서 탈곡부, 선별부 그리고 곡립배출구에 배출되는 경협, 곡립 등을 전량 수집하였다. 수집된 샘플로부터 곡립유량, 경협유량, 전 유량, 각부 부위별 손실량, 곡립구 곡립조성비 등을 산출하였다. 각 단계별 정도 시험에 있어서 예취폭은 2.
각 시험 단계에 있어서 전보(Lee et al., 2009)에서 보고한 콤바인 표준 작업조건 중에 수확 중 곡립손실을 최소화하기 위해 콤바인 탈곡통의 회전수는 813rpm(주속도 21.3 m/s), 릴 회전수는 18rpm(주속도 1.0m/s)으로 낮추어 설정하였다.
유채 예취장치를 장착한 콤바인을 이용한 유채 수확에 있어서 손실절감을 위한 요인구명을 위해 포장시험을 실시하여 아래와 같은 결과를 얻었다.
대상 데이터
수집된 샘플로부터 곡립유량, 경협유량, 전 유량, 각부 부위별 손실량, 곡립구 곡립조성비 등을 산출하였다. 각 단계별 정도 시험에 있어서 예취폭은 2.1 m로 하였으며, 작업행정은 30 m 로 하였고, 측정구간은 10 m로 하였다. 예취부 예취손실 조사는 전보에서 보고한 방법으로 실시하였다(Lee et al.
데이터처리
조사된 데이터를 이용하여 유채 기계 수확 손실과 작업 조건들과의 상관관계를 구명하기 위해 상관계수를 산출하였으며, 총 손실에 기여흐}는 요소별 기여도를 분석하기 위해 주성분 분석을 실시하였다. 그리고 총 손실을 예측해 보기 위해 다중 회귀분석을 실시하였으며 분석도구로는 SYSTAT 8.
분석을 실시하였다. 그리고 총 손실을 예측해 보기 위해 다중 회귀분석을 실시하였으며 분석도구로는 SYSTAT 8.0 통계 해석 프로그램을 이용하였다. 그림 1은 포장시험 광경을 나타내고 있다.
이론/모형
유채의 초장이 일반적인 선망 품종과 비교해 큰 것은 기비로 액비를 다량 살포한 점과 시험 포장이 지금까지 논으로 이용되었기 때문에 유채 생육에 필요한 영양분을 충분히 공급할 수 있었기 때문으로 판단되었다. 유채 생육조사 방법은 농업과학기술 연구조사 분석 기준 (RDA, 2003)에 따라 실시하였다.
조사내용은 곡립유량, 경협 유량, 작업속도 곡립구 곡립조성비 항목인 완전립, 손상립, 미탈부립, 협잡물, 그리고 곡립 손실량 조사항목인 예취부 손실, 탈곡부 손실, 선별부 손실을 조사하였다. 조사방법은 농촌진흥청 농업공학연구소 보통형 콤바인 시험방법(NIAE T5020, NAAS, 2008)에 준해 실시하였다 조사에 있어서 선정된 시험대상 포장(장변 : 100 m, 단변 : 50 m)을 정도시험을 할 수 있도록 시험구(장변 : 30 m, 단변 : 40 m)를 제외하고 수확 작업을 실시하였다. 각 정도시험에 있어서 탈곡부, 선별부 그리고 곡립배출구에 배출되는 경협, 곡립 등을 전량 수집하였다.
성능/효과
, 2009). 그 결과, 보통형 콤바인에 장착이 용이한 유채 수확용 예취장치를 개발하였고, 이를 통해 관행의 예취부와 비교해 유채 기계 수확 손실을 약 70% 절감할 수 있었다.
유채의 기계 수확에 의한 총 손실은 평균 5.8%로서 이러한 손실 원인은 수확시기, 작업조건, 포장조건 등에 따라 변화되었으며 이를 좀 더 명확화 할 필요성이 있었다.
그림 2 에 의하면, 작물 함수율과 곡립 총 손실은 전체적으로 U자형 형태를 보여 함수율이 너무 낮거나 너무 높을 경우 손실이 증가하는 경향을 보였다. 즉, 곡립, 협, 줄기의 함수율이 증가하면 증가할수록 예취손실보다 상대적으로 탈곡-선별 손실이 증가하여 총 손실이 증가하는 경향을 보였다. 반대로 작물 함수율이 감소하면 탈곡-선별손실보다 예취손실이 증가하여 총손실이 증가하는 경향을 보여 작물의 함수율은 콤바인을 이용한 유채 기계수확에 있어서 곡립손실과 밀접한 관계가 있는 것을 알 수 있었으며 적정한 수확적기를 선택하는 것이 곡립손실을 절감할 수 있는 방안으로 판단되었다.
즉, 곡립, 협, 줄기의 함수율이 증가하면 증가할수록 예취손실보다 상대적으로 탈곡-선별 손실이 증가하여 총 손실이 증가하는 경향을 보였다. 반대로 작물 함수율이 감소하면 탈곡-선별손실보다 예취손실이 증가하여 총손실이 증가하는 경향을 보여 작물의 함수율은 콤바인을 이용한 유채 기계수확에 있어서 곡립손실과 밀접한 관계가 있는 것을 알 수 있었으며 적정한 수확적기를 선택하는 것이 곡립손실을 절감할 수 있는 방안으로 판단되었다. 표 3은 작물함수율과 예취, 탈곡, 선별 손실 비중의 관계식과 결정계수를 나타내고 있으며, 동시에 작물 함수율과 총 손실과의 관계를 표현하고 있다.
표 3은 작물함수율과 예취, 탈곡, 선별 손실 비중의 관계식과 결정계수를 나타내고 있으며, 동시에 작물 함수율과 총 손실과의 관계를 표현하고 있다. 그림 2를 바탕으로 콤바인을 이용한 유채 기계 수확에 있어서 총 손실을 6% 이하로 유지하면서 효율적인 수확 작업을 할 수 있는 작물 함수율 범위는 곡립의 경우 27-35%, 협의 경우 21~56%, 줄기의 경우 62~73%가 적절하다고 판단되었다. 이 결과는 Shibuya(2006)의 포장 정도 시험에서 작물 함수율로 제시되었던 곡립, 협 그리고 줄기 평균 함수율인 18%, 24.
그림 2를 바탕으로 콤바인을 이용한 유채 기계 수확에 있어서 총 손실을 6% 이하로 유지하면서 효율적인 수확 작업을 할 수 있는 작물 함수율 범위는 곡립의 경우 27-35%, 협의 경우 21~56%, 줄기의 경우 62~73%가 적절하다고 판단되었다. 이 결과는 Shibuya(2006)의 포장 정도 시험에서 작물 함수율로 제시되었던 곡립, 협 그리고 줄기 평균 함수율인 18%, 24.2% 그리고 70.6%인 것과 비교해 곡립을 제외하고는 유사한 범위에 포함됨을 알 수 있다. 또한, Umeda (2008)가 제시한 협의 함수율이 20% 정도일 때 예취부 손실보다 탈곡선별 손실이 증가된다는 보고와 유사하다고 할 수 있다
표 5는 작물 함수율, 작업속도 및 유량과 손실과의 상관관계를 나타내고 있고 동시에 각 시험단계에 있어서 완전립 비율과 이물질 혼합비율의 상관계수를 표시한 것이다 표 5에 의하면 곡립, 협 그리고 줄기 함수율은 예취손실과 1% 유의수준에서 높은 부의 상관관계, 탈곡손실과는 1% 유의수준에서 양의 상관관계를 보였다. 줄기 함수율은 총 손실과 탈곡손실과는 1% 유의수준, 총 손실과 선별손실과는 5% 유의수분에서 양의 상관관계, 예취손실과는 1% 유의수준에서 높은 부의 상관관계를 보였다.
즉, 작물의 함수율은 유채 기계 수확에 있어서 곡립 손실과 밀접한 관계가 있음을 보였다.
작업속도와 예취손실은 5% 유의수준에서 양의 상관관계를 보여 작업속도가 증가함에 따라 곡립손실이 증가하는 것으로 나타났다. 전유량은 탈곡손실과는 1% 유의수준, 선별손실과는 5% 유의수준에서 양의 상관관계를 보였다 경협 유량은 탈곡 및 선별손실과 1% 유의수준에서 높은 상관관계를 보여 유량증가가 탈곡 및 선별손실에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
전유량은 탈곡손실과는 1% 유의수준, 선별손실과는 5% 유의수준에서 양의 상관관계를 보였다 경협 유량은 탈곡 및 선별손실과 1% 유의수준에서 높은 상관관계를 보여 유량증가가 탈곡 및 선별손실에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
53이기 때문에 손실에 영향을 미치는 요소는 곡립유량보다는 경협 유량이 좀 더 기여를 하기 때문인 것으로 판단되었다. 또한, 작물함수율, 작업속도 전 유량, 경협유량, 곡립유량과 곡립구 내의 완전립비 및 이물질비와는 유의성을 보이지 않았다. 이것은 콤바인의 탈곡, 선별, 정선 및 이송작업과 밀접한 관계가 있는 곡립정도를 나타내는 항목으로서, 본 콤바인을 이용한
따라서 유채 기계 수확에 있어서 총 손실에 기여하는 요소는 함수율 인자 득점이 더 큰 비중을 차지하고 있기 때문에 손실을 줄이기 위해서는 최적의 작물 함수율 범위내에서 수확작업을 하는 것이 적절할 것으로 판단되었다. 그리고 주성분 인자들을 이용하여 유채 기계 수확에 있어서 총 손실을 예측해 보기 위해 순차적 다중 회귀 분석(Stepwise multiple regression analysis)을 한 결과 총 손실은 식 1과 같이 함수율 인자 득점과 유량 인자 득점 그리고 계수로 표현되었으나, 결정계수가 0.060으로서 유의성이 없는 것으로 나타났다. 이것은 표 5에서와 같이 총손실은 줄기 함수율과 5% 유의수준을 가지고 있기 때문으로 판단되었다.
(1) 작물 함수율과 손실과의 u자형 관계를 나타내어 함수율이 너무 낮거나 너무 높을 경우 손실이 증가하는 경향을 보였다 유채 기계 수확에 있어서 총 손실을 6% 이하로 유지하면서 효율적인 수확작업을 할 수 있는 작물 함수율범위는 곡립의 경우 27~35%, 협의 경우 21~56%, 줄기의 경우 62~73%가 적절하다고 판단되었다.
(2) 작물함수율은 예취손실과 높은 부의 상관관계를 보였으며, 탈곡손실과는 양의 상관관계를 보였다. 또한, 줄기 함수율은 총 손실과 탈곡 및 선별손실과도 양의 상관관계를 보였다.
탈곡손실과는 양의 상관관계를 보였다. 또한, 줄기 함수율은 총 손실과 탈곡 및 선별손실과도 양의 상관관계를 보였다. 작업속도와 예취손실은 양의 상관관계를 보였으며, 전 유량과 경협유량은 탈곡 및 선별손실과 높은 상관관계를 보였다.
또한, 줄기 함수율은 총 손실과 탈곡 및 선별손실과도 양의 상관관계를 보였다. 작업속도와 예취손실은 양의 상관관계를 보였으며, 전 유량과 경협유량은 탈곡 및 선별손실과 높은 상관관계를 보였다. 반면에 곡립유량은 전체적인 손실과 유의성을 보이지 않아 손실에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다.
작업속도와 예취손실은 양의 상관관계를 보였으며, 전 유량과 경협유량은 탈곡 및 선별손실과 높은 상관관계를 보였다. 반면에 곡립유량은 전체적인 손실과 유의성을 보이지 않아 손실에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 분석되었다.
(3) 주성분 분석을 통해 주성분 2개를 축출하였으며 2개의 주성분은 누적 기여율이 각각 52.7%와 38.9%로서 전체 변이의 91.6%를 설명하였다. 유채 기계 수확에 있어서 총 손실에 기여하는 요소는 유량인자 득점보다 함수율 인자 득점이 더 큰 비중을 차지하였다
6%를 설명하였다. 유채 기계 수확에 있어서 총 손실에 기여하는 요소는 유량인자 득점보다 함수율 인자 득점이 더 큰 비중을 차지하였다
(4) 순차적 다중회귀 분석을 통해 총 손실은 함수율 및 유량 인자 득점 그리고 계수로 표현할 수 있었으나, 결정계수가 0.060으로서 유의성이 없는 것으로 나타났다.
주성분 1은 곡립, 협 그리고 줄기 함수율과 높은 관계를 보여 함수율 인자 득점으로, 주성분 2는 작물 유량과 높은 관계를 보여 유량 인자 득점으로 명명하였다. 따라서 유채 기계 수확에 있어서 총 손실에 기여하는 요소는 함수율 인자 득점이 더 큰 비중을 차지하고 있기 때문에 손실을 줄이기 위해서는 최적의 작물 함수율 범위내에서 수확작업을 하는 것이 적절할 것으로 판단되었다. 그리고 주성분 인자들을 이용하여 유채 기계 수확에 있어서 총 손실을 예측해 보기 위해 순차적 다중 회귀 분석(Stepwise multiple regression analysis)을 한 결과 총 손실은 식 1과 같이 함수율 인자 득점과 유량 인자 득점 그리고 계수로 표현되었으나, 결정계수가 0.
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Umeda, N. 2008. The status of rapeseed production machinery technology for biodiesel in Japan. International Seminar Document. pp. 63-74. (In Japanese)
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