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문제 정의
- 본 연구에서는 콩과 옥수수 육묘용 파종기를 개발하기 위한 연구로서 배종장치를 제작 배종시험을 하였으며, 배종시험결과를 바탕으로 시작기를 제작하고 성능시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 콩과 옥수수 종자를 육묘트레이에 파종하는 파종기를 개발하기 위한 연구로서 종자배출장치를 제작하고 배종구멍의 크기, 롤러회전속도에 따른 배종특성을 조사하였으며, 브러시 길이와 종자요동유무에 따른 파종률과 시작기의 파종성능을 시험한 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 구멍 크기에 따른 배종특성은 종자의 크기에 적합한 대략 적인 롤러 구멍의 크기를 알아보기 위한 실험으로써 배종된 종자의 개수를 조사한 것이다.
- 옥수수 종자는 콩에 비해 각이 지고 울퉁불퉁하여 1립 파종율이 떨어져 파종정도를 높이기 위한 방법이 요구되었다. 따라서 옥수수 종자가 배종구멍에 잘 찾아 들어가도록 하기 위하여 그림 8과 같이 종자가 배종홈에 원활하게 유도되도록 유도골을 형성하고 종자가 좌우로 요동되도록 하는 종자요동 장치를 부착하였다. 그림 5는 종자요동장치의 개략도이다.
- 롤러 구멍의 대략적인 크기를 알아보기 위하여 롤러 배종 구멍의 직경을 대원콩의 평균직경과 비슷한 크기인 8 mm와 이보다 조금 큰 10 mm, 13 mm로 가공한 세 종류의 롤러에 대하여 시험을 실시하였다. 이때의 배종률은 1배종구멍에 종자 1개씩 배종될 경우의 종자 개수에 대한 실제 배출된 종자의 개수의 비로 산정하였다.
- 롤러의 구멍 크기에 따른 배종성능시험은 구멍 크기가 다른 배종롤러를 교체하면서 구멍 크기별, 롤러속도별 시험을 실시하였다. 공시종자는 대원콩과 미백찰로 하였으며, 롤러 속도는 2.
- 브러시는 구멍에 안치된 종자이외의 종자가 호퍼에서 빠져나가지 못하도록 하는 것으로서 롤러 반경방향으로 부착하였다. 롤러의 구멍의 형상은 그림 2의 (b)와 같고, 크기는 표 2와 같이 구멍내부의 직경 (Di) 8, 9, 10, 13 mm, 구멍 깊이(H) 5.5, 6, 7, 7.5 mm, 구멍 외부직경(Do) 11, 12, 13, 15 mm, 롤러 직경 60 mm로 가공하였다.
- 5 m/min의 3수준으로 하였다. 배종성능은 배종구멍 1개당 종자 1개씩 정확히 배종될 경우의 종자개수에 대한 실제 배종된 개수를 조사하여 배종률로 나타내었다.
- 구멍롤러식은 롤러 표면에 오목한 구멍을 같은 간격으로 형성하여 롤러가 회전할 때 호퍼 내 종자를 담아 배출하는 것으로서 육묘트레이에 파종하게 되므로 조간이 좁아야 하고 장치가 복잡하지 않다. 본 연구에서는 제작의 편이성을 고려하여 종자를 1립씩 배종하는데 적합하도록 구멍롤러식으로 설계하였다.
- 브러시 길이별 파종시험은 브러시 길이 4, 7, 10 mm 3수준의 1립 파종률, 2립 파종률, 결파율을 조사하였다. 공시종자는 대원콩과 미백찰로 하였다.
- 시작기는 구멍롤러 배종방식으로 설정하였으며, 육묘트레이에 파종할 구멍을 내는 혈공장치, 종자를 배출하는 배종장치, PLC(Master-K10S, LS Industrial Systems Co., Ltd., Korea)로 구성된 제어장치, 육묘트레이를 이송하는 컨베이어 등으로 구성하였으며, 시작기의 모습은 그림 3과 같고, 제원은 표 3과 같다.
- 종자를 유도하기 위한 종자낙하관은 시작기의 롤러와 육묘 트레이 사이의 간격이 좁기 때문에 본 시작기에 채용하지 않고 종자통에 플렉시블한 판을 부착하여 롤러에 밀착되도록 함으로써 배출되는 종자가 홈 구멍에 머물며 트레이 가까운 위치에서 떨어지도록 하였다.
- 종자요동 유무별 파종시험은 종자요동유무에 따른 1립 파종률, 2립 파종률, 결파율을 조사하였다. 공시재료는 대원콩과 미백찰로 하였다.
대상 데이터
- 종자요동 유무별 파종시험은 종자요동유무에 따른 1립 파종률, 2립 파종률, 결파율을 조사하였다. 공시재료는 대원콩과 미백찰로 하였다.
- 콩과 옥수수 종자는 품종에 따라 그 크기가 다양하며, 형태는 일반적으로 콩은 둥근 형상인 반면 옥수수는 불규칙적이다. 공시재료로 콩은 대원콩을 사용하였고, 옥수수는 미백찰을 사용하였다. 시험에 사용한 콩과 옥수수의 단면 모양과 특성치는 그림 1, 표 1과 같다.
- 브러시 길이별 파종시험은 브러시 길이 4, 7, 10 mm 3수준의 1립 파종률, 2립 파종률, 결파율을 조사하였다. 공시종자는 대원콩과 미백찰로 하였다.
- 롤러의 구멍 크기에 따른 배종성능시험은 구멍 크기가 다른 배종롤러를 교체하면서 구멍 크기별, 롤러속도별 시험을 실시하였다. 공시종자는 대원콩과 미백찰로 하였으며, 롤러 속도는 2.5, 4, 5.5 m/min의 3수준으로 하였다. 배종성능은 배종구멍 1개당 종자 1개씩 정확히 배종될 경우의 종자개수에 대한 실제 배종된 개수를 조사하여 배종률로 나타내었다.
- 롤러 구멍은 4줄로 제작하였으며, 줄당 4개의 구멍을 형성하였다. 롤러 구동모터로는 속도조절이 가능한 기어드모터(9SDG2-60F1G, DKM CO., Ltd, Korea)를 사용하였다. 브러시는 구멍에 안치된 종자이외의 종자가 호퍼에서 빠져나가지 못하도록 하는 것으로서 롤러 반경방향으로 부착하였다.
- 그림 2는 롤러의 구멍 크기가 배종정도에 미치는 영향을 분석하기 위한 배종장치의 모습이다. 롤러 구멍은 4줄로 제작하였으며, 줄당 4개의 구멍을 형성하였다. 롤러 구동모터로는 속도조절이 가능한 기어드모터(9SDG2-60F1G, DKM CO.
- 배종롤러는 구멍 직경(Do) 13 mm, 원뿔각(α) 60°, 유도골 깊이 (Dv) 2 mm, 홈 구멍 깊이(H) 12 mm의 크기로 162공 육묘트레이(280×540×45, mm)에 맞도록 9조로 제작하였다.
- 배종장치의 브러시는 그림 4와 같이 길이조절이 가능하도록 제작하였다. 브러시는 스트립브러시로서 모는 PP재질이며, 모 굵기는 0.5 mm, 브러시 폭은 4 mm이었으며, 브러시는 롤러에 밀착되도록 설치하였다.
성능/효과
- (1) 배종특성은 구멍 직경이 클수록 배종률은 증가하는 경향을 보였으며, 대원콩은 롤러 속도 4 m/min일 때 구멍 직경 10 mm, 구멍 깊이 5.5 mm, 미백찰은 롤러 속도 5.5 m/min일 때 구멍 직경 9 mm, 구멍 깊이 5.5 mm에서 배종정도가 좋은 것으로 나타났다.
- (2) 배종장치의 브러시 길이를 4 mm로 하였을 때 1립 파종률은 대원콩이 99%, 미백찰이 93%로 파종정도가 높아 브러시 길이가 적당한 것으로 판단되었다.
- (3) 미백찰은 종자를 좌우로 요동함으로써 1립 파종률이 91.9%에서 97.7%로 향상되어 종자요동장치가 효과가 있는 것으로 나타났으며, 구형에 가까운 콩 종자는 종자요동유무에 따른 1립 파종률이 99.4%, 99.6%로 근소한 차이를 보여 종자요동효과가 크지 않은 것으로 판단되었다.
- (4) 시작기의 파종능률은 브러시 길이가 4 mm이고 롤러 원주속도 4 m/min일 때 시간당 110매로 나타났다.
- 5×15(Wh×h×Wt, mm)의 롤러에서 130%로 나타났다. 구멍 직경이 클수록 배종률도 증가하는 경향이었으며, 구멍 직경 10 mm일 때 100%에 가까운 배종률을 나타내었다. 따라서 구멍직경은 10 mm 내외가 적당할 것으로 판단되었다.
- 4%로 나타나 적은 차이를 보였다. 따라서 옥수수의 경우는 종자 요동 장치를 부착하여 종자를 요동함으로써 파종정도가 높아지는 효과를 볼 수 있었으나 콩의 경우에 있어서는 종자요동효과가 크지 않은 것으로 나타났다.
- 1개씩 정확히 파종될 수 있으면 2, 3개의 파종은 2∼3회 반복 파종하면 된다. 또한 롤러를 교체함으로써 여러 종류의 종자도 파종할 수 있어 다용도로 사용가능하고 구조가 복잡하지 않아 제작이용이하며 비용측면을 고려하였을 때 적합한 방식으로 판단되었다.
- 표 5는 구멍 크기와 롤러회전속도에 따른 배종률을 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 대원콩은 롤러 속도 4 m/min일 때 구멍 직경 10 mm, 구멍 깊이 5.5 mm, 미백찰은 롤러 속도 5.5 m/min일 때 구멍 직경 9 mm, 구멍 깊이 5.5 mm에서 배종정도가 좋은 것으로 나타났으며, 롤러회전속도가 빨라질수록 배종률은 감소하는 것으로 나타났다.
- 표 7은 종자 요동 유무별 파종률을 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 미백찰의 1립 파종률은 종자를 요동을 하지 않았을 경우에는 91.9%, 종자를 좌우로 흔들어 준 경우에는 97.7%로 나타나 종자를 좌우로 흔들어 줌으로써 1립 파종률이 향상되는 것을 알 수 있었다. 그런데 콩의 경우에 있어서 1립 파종률은 요동하였을 경우에는 99.
- 표 6은 브러시 길이별 파종률을 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 브러시 길이가 4, 7, 10 mm일 때 대원콩의 1립 파종률은 99.0, 96.6, 94.0%, 미백찰의 1립 파종률은 93.0, 84.6, 86.2%로 나타났다. 그러므로 브러시 길이는 4 mm가 적당한 것으로 판단되었다.
- 표 8은 브러시 길이가 4 mm이고 롤러 원주속도 4 m/min일 때의 파종성능을 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 작업능률은 시간당 110매 파종이 가능하였으며, 1립 파종율은 대원콩, 미백찰 옥수수가 각각 99.0, 93.0%로 우수한 파종 성능을 나타내었다.
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