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문제 정의
- 따라서 본 연구는 75 kW급 대형 트랙터의 에너지 효율 향상을 위한 기초 자료를 확보하기 위하여 수행되었으며, 구체적인 목표는1) 75 kW급 트랙터 엔진 동력의 주요 소모 요소인 구동부, PTO, 주 유압장치, 보조 유압장치의 동력 계측 시스템을 개발하고, 2) 베일러 작업 시 각 동력 소모 요소의 부하특성 및 소요동력을 분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 75 kW급 대형 트랙터의 에너지 효율 향상을 위한 기초 연구로써 트랙터 엔진 동력의 주요 소모 요소인 구동부, PTO, 주 유압장치, 보조 유압장치의 동력 계측 장치를 개발하고, 베일러 작업 시 동력 소모 요소의 소요동력을 분석하였으며, 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
- 6 MPa까지 압력 토출이 가능하고 엔진의 회전 속도에 따른 이론 토출량은 주 유압펌프가 20 cc/rev, 보조 유압펌프가 10 cc/rev로 작업기 조작을 위한 주 펌프에 더 많은 동력이 분배되고 있음을 알 수 있다. 엔진 냉각을 위한 냉각팬 및 워터펌프는 엔진 직결방식으로 엔진 구동과 동시에 구동되나 엔진 정격 출력대비 2.5%(2 kW) 수준으로 미비하므로 본 연구에서는 고려하지 않았다.
제안 방법
- 구동부 및 PTO의 부하는 엔진으로부터의 동력이 각각 변속기와 PTO로 최초 전달되는 변속기 입력축과 PTO 입력축에서 측정하였다. 변속기 및 PTO 입력축의 소요동력은 식 (1)과 같이 각각의 토크 및 회전수를 이용하여 측정하였으며(Ryu, 2004), 회전속도는 엔진 회전축과 변속기 및 PTO 입력축의 회전 속도가 동일하므로 트랙터 자체에 내장되어 있는 엔진 속도계(tachometer)를 사용하였다.
- 엔진으로부터의 동력은 모두 플라이휠(flywheel)에 전달되고 플라이휠의 동력은 댐퍼(damper)와 결합된 PTO 입력축과 PTO 입력축을 감싸고 있는 변속기 입력 중공축(hollow shaft)으로 나눠지므로 변속기 입력축의 토크는 중공축 외부에 스트레인게이지(CEA-06-250US-350, MicroMeasurement Co., USA)를 부착하여 측정하였다. 이때 스트레인게이지는 토크 신호의 분해능 향상을 위해 중공축 외부 둘레의 4개 지점에 균일한 간격으로 부착하였다.
- 이때 스트레인게이지는 토크 신호의 분해능 향상을 위해 중공축 외부 둘레의 4개 지점에 균일한 간격으로 부착하였다. PTO 입력축 토크는 댐퍼와 변속기 입력축을 결합하는 스플라인(spline)의 동력전달효율을 100%로 가정하여 변속기 입력축의 토크 측정방법과 마찬가지로 총 4개 지점의 댐퍼 토크를 측정하였다. 스트레인게이지를 통해 측정된 변속기 및 PTO 입력축의 토크 신호는 각각의 회전부 안테나(rotor antenna)와 연결되어 20 kHZ의 라디오 통신으로 고정부 안테나(stator antenna)에 무선으로 전송되고 다시 데이터 수집장치에 전송하도록 구성하였다.
- PTO 입력축 토크는 댐퍼와 변속기 입력축을 결합하는 스플라인(spline)의 동력전달효율을 100%로 가정하여 변속기 입력축의 토크 측정방법과 마찬가지로 총 4개 지점의 댐퍼 토크를 측정하였다. 스트레인게이지를 통해 측정된 변속기 및 PTO 입력축의 토크 신호는 각각의 회전부 안테나(rotor antenna)와 연결되어 20 kHZ의 라디오 통신으로 고정부 안테나(stator antenna)에 무선으로 전송되고 다시 데이터 수집장치에 전송하도록 구성하였다.
- 변속기 및 PTO 입력축 토크 센서의 교정은 엔진 플라이휠 부분을 분리한 후 외팔보(cantilever)를 축에 연결한 상태에서 하중을 변화시키며 실시하였다. 트랙터 설계 시 변속기 및 PTO 입력축에 걸리는 최대 토크를 고려하여 100 Nm 간격으로 –500 ~ 500 Nm의 범위에서 수행하였다.
- 유압장치의 소요동력은 식 (2)와 같이 유압 펌프의 토출 압력, 유량, 체적 효율을 이용하였다(Kim, 2004). 유압펌프의 토출 압력은 그림 2와 같이 주 및 보조 유압펌프에 각각 압력 센서(P6A, HBM, Germany)를 장착하여 측정하였고 유량은 유압펌프 회전속도와 각각의 펌프에 대한 이론 토출량을 이용하여 계산하였으며, 유압펌프의 회전속도는 엔진 회전속도와 비례하므로 엔진 속도계의 측정값을 이용하여 산출하였다(Kim et al., 2011b).
- 그림 3과 같이 주요 구성요소의 소요동력 측정을 위한 엔진 회전속도, 변속기 및 PTO 입력축 토크, 주 및 보조 유압 펌프 유압 신호의 총 5개 신호 측정이 가능한 데이터 수집장치(QuantumX MX840, HBM, Germany)를 구성하였다. 토크 및 압력 신호의 측정은 채널당 19.2 kHz의 샘플링 속도와 24 bit의 분해능을 가지는 아날로그 입력채널을 이용하였으며, 엔진 회전속도는 채널당 1 MHz의 속도로 상승펄스(rising edge) 신호 측정이 가능한 디지털 입력채널을 이용하였다. 측정된 센서 신호는 파이어와이어(firewire) 통신으로 실험용 노트북에 전송하였으며, 이때 계측 프로그램은 사용된 데이터 수집장치와 연동되어 측정이 용이한 Catman (version 3.
- 2 kHz의 샘플링 속도와 24 bit의 분해능을 가지는 아날로그 입력채널을 이용하였으며, 엔진 회전속도는 채널당 1 MHz의 속도로 상승펄스(rising edge) 신호 측정이 가능한 디지털 입력채널을 이용하였다. 측정된 센서 신호는 파이어와이어(firewire) 통신으로 실험용 노트북에 전송하였으며, 이때 계측 프로그램은 사용된 데이터 수집장치와 연동되어 측정이 용이한 Catman (version 3.1, HBM, Germany)을 이용하여 개발하였다.
- 트랙터의 작업속도는 5.4 km/h (부변속 L단, 주변속 4단) 로 설정하였으며, 실험은 PTO 변속 단수 1단(585 rpm), 2단(756 rpm)의 2수준에 대해 각각 3회 반복하였다. 베일러 작업 시 트랙터 소요동력 분석은 엔진의 동력 사용비율과 트랙터 주요 구성요소의 소요동력을 이용하였다.
- 4 km/h (부변속 L단, 주변속 4단) 로 설정하였으며, 실험은 PTO 변속 단수 1단(585 rpm), 2단(756 rpm)의 2수준에 대해 각각 3회 반복하였다. 베일러 작업 시 트랙터 소요동력 분석은 엔진의 동력 사용비율과 트랙터 주요 구성요소의 소요동력을 이용하였다. 엔진의 동력 사용비율은 측정된 엔진 소요동력을 크기 순서대로 정렬한 후에 엔진 정격의 25% 간격으로 나누어 전체 작업 시간 중 차지하는 비율을 계산하였다.
- 베일러 작업 시 트랙터 소요동력 분석은 엔진의 동력 사용비율과 트랙터 주요 구성요소의 소요동력을 이용하였다. 엔진의 동력 사용비율은 측정된 엔진 소요동력을 크기 순서대로 정렬한 후에 엔진 정격의 25% 간격으로 나누어 전체 작업 시간 중 차지하는 비율을 계산하였다. 트랙터 주요 구성요소의 소요동력은 베일러 작업 구간을 베일 형성 구간과 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 구분하여 각각의 평균값과 최대값을 계산하였다.
- 엔진의 동력 사용비율은 측정된 엔진 소요동력을 크기 순서대로 정렬한 후에 엔진 정격의 25% 간격으로 나누어 전체 작업 시간 중 차지하는 비율을 계산하였다. 트랙터 주요 구성요소의 소요동력은 베일러 작업 구간을 베일 형성 구간과 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 구분하여 각각의 평균값과 최대값을 계산하였다. 또한 PTO 단수가 소요동력에 미치는 영향을 분석하기 위해 통계분석 프로그램인 SAS(version 9.
- 트랙터 주요 구성요소의 소요동력을 세부적으로 고찰하기 위하여 PTO 단수에 따른 변속기 입력축, PTO 입력축, 주 유압장치, 보조 유압장치의 소요동력을 표 3과 같이 베일 형성 구간, 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 구분하여 요약하였다. 베일 형성 구간에서 엔진 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 평균 43.
- (1) 트랙터 동력 계측 시스템은 75 kW급 4륜구동 대형 트랙터에 장착되었으며, 구동부, PTO, 주 및 보조 유압장치의 소요동력 측정이 가능하도록 개발하였다. 구동부와 PTO의 동력은 엔진으로부터의 동력이 최초로 전달되는 변속기 입력축과 PTO 입력축에서 측정하였으며, 동력 측정을 위해 스트레인게이지와 텔레메트리 시스템을 이용하여 토크를 측정하였고 회전수 측정은 엔진 속도계를 이용하였다.
- (1) 트랙터 동력 계측 시스템은 75 kW급 4륜구동 대형 트랙터에 장착되었으며, 구동부, PTO, 주 및 보조 유압장치의 소요동력 측정이 가능하도록 개발하였다. 구동부와 PTO의 동력은 엔진으로부터의 동력이 최초로 전달되는 변속기 입력축과 PTO 입력축에서 측정하였으며, 동력 측정을 위해 스트레인게이지와 텔레메트리 시스템을 이용하여 토크를 측정하였고 회전수 측정은 엔진 속도계를 이용하였다. 또한 주 및 보조 유압펌프의 소요동력은 토출 압력, 유량, 체적 효율을 이용하여 계산하였으며, 토출 압력은 주 및 보조 유압펌프 각각에 압력센서를 장착하여 측정하였다.
- 구동부와 PTO의 동력은 엔진으로부터의 동력이 최초로 전달되는 변속기 입력축과 PTO 입력축에서 측정하였으며, 동력 측정을 위해 스트레인게이지와 텔레메트리 시스템을 이용하여 토크를 측정하였고 회전수 측정은 엔진 속도계를 이용하였다. 또한 주 및 보조 유압펌프의 소요동력은 토출 압력, 유량, 체적 효율을 이용하여 계산하였으며, 토출 압력은 주 및 보조 유압펌프 각각에 압력센서를 장착하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 표 1과 같이 크기 4,000(L) × 2,677(W) ×2,640(H) mm, 무게 3,260 kg의 4륜구동 대형 트랙터를 사용하였다.
- 그림 3과 같이 주요 구성요소의 소요동력 측정을 위한 엔진 회전속도, 변속기 및 PTO 입력축 토크, 주 및 보조 유압 펌프 유압 신호의 총 5개 신호 측정이 가능한 데이터 수집장치(QuantumX MX840, HBM, Germany)를 구성하였다. 토크 및 압력 신호의 측정은 채널당 19.
- 시험 포장은 전북 완주에 위치한 논을 대상으로 하였으며, 토양 조건 분석을 위해 4지점에서 토성 및 수분 함량을 위한 토양 샘플 채취, 원추 관입지수 측정을 3회 반복하였다(Park and Lee, 2003). 토성과 수분 함량은 전라북도 농업기술원에 의뢰하여 미국 농무부(USDA)법과 오븐법에 따라 분석하였고 원추 관입지수는 soil compaction meter(SC900, Spectrum Technology, E Plainfield, USA)를 이용하여 0 ∼ 25 cm 깊이에서 5 cm 간격으로 측정하였다.
- 베일러 작업은 숙련된 작업자를 추천받아 2011년 5월에 수행하였으며, 베일직경이 1.25 m, 수확장치의 길이가 2,000 mm, 절삭 칼날의 수가 15개인 원형 베일러(F550, MCHale, Ireland)를 사용하였다. 이때 시험 작물은 이탈리안라이그라스(italian ryegrass)로 하였으며, 임의로 5개의 시료를 뽑아 오븐법에 따라 함수율을 측정한 결과 평균 13.
데이터처리
- 트랙터 주요 구성요소의 소요동력은 베일러 작업 구간을 베일 형성 구간과 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 구분하여 각각의 평균값과 최대값을 계산하였다. 또한 PTO 단수가 소요동력에 미치는 영향을 분석하기 위해 통계분석 프로그램인 SAS(version 9.1, SAS Institute, USA)를 이용하여 유의수준 5% 이내에서 쌍차 t검정(paired t-test)을 수행하였다.
이론/모형
- 구동부 및 PTO의 부하는 엔진으로부터의 동력이 각각 변속기와 PTO로 최초 전달되는 변속기 입력축과 PTO 입력축에서 측정하였다. 변속기 및 PTO 입력축의 소요동력은 식 (1)과 같이 각각의 토크 및 회전수를 이용하여 측정하였으며(Ryu, 2004), 회전속도는 엔진 회전축과 변속기 및 PTO 입력축의 회전 속도가 동일하므로 트랙터 자체에 내장되어 있는 엔진 속도계(tachometer)를 사용하였다. 변속기 및 PTO 입력축의 토크 신호는 유선 센서 시스템을 이용하기에는 공간적 제약이 있어 그림 1과 같이 무선 통신으로 결선의 제한이 없어 센서 장착이 용이한 텔레메트리(telemetry) 시스템을 이용하였다.
- 변속기 및 PTO 입력축의 소요동력은 식 (1)과 같이 각각의 토크 및 회전수를 이용하여 측정하였으며(Ryu, 2004), 회전속도는 엔진 회전축과 변속기 및 PTO 입력축의 회전 속도가 동일하므로 트랙터 자체에 내장되어 있는 엔진 속도계(tachometer)를 사용하였다. 변속기 및 PTO 입력축의 토크 신호는 유선 센서 시스템을 이용하기에는 공간적 제약이 있어 그림 1과 같이 무선 통신으로 결선의 제한이 없어 센서 장착이 용이한 텔레메트리(telemetry) 시스템을 이용하였다.
- 토성과 수분 함량은 전라북도 농업기술원에 의뢰하여 미국 농무부(USDA)법과 오븐법에 따라 분석하였고 원추 관입지수는 soil compaction meter(SC900, Spectrum Technology, E Plainfield, USA)를 이용하여 0 ∼ 25 cm 깊이에서 5 cm 간격으로 측정하였다.
성능/효과
- 엔진 정격출력은 2,500 rpm에서 75 kW로 이때 PTO 출력은 65 kW이며, 변속기는 기계식 수동변속기로 이론 동력전달효율은 약 90%이다. 유압펌프는 엔진 직결 방식으로 주 및 보조 유압펌프 모두 최대 20.6 MPa까지 압력 토출이 가능하고 엔진의 회전 속도에 따른 이론 토출량은 주 유압펌프가 20 cc/rev, 보조 유압펌프가 10 cc/rev로 작업기 조작을 위한 주 펌프에 더 많은 동력이 분배되고 있음을 알 수 있다. 엔진 냉각을 위한 냉각팬 및 워터펌프는 엔진 직결방식으로 엔진 구동과 동시에 구동되나 엔진 정격 출력대비 2.
- 시험 포장 조건은 표 2에 요약한 바와 같이 토성은 사양토, 수분 함량은 16.1%, 원추 관입지수는 깊이에 따라 998 ∼ 1,611 kPa 범위로 나타났다.
- 변속기 입력축 및 PTO 입력축의 토크 센서 교정 결과는 그림 5와 같이 모두 -500 ∼ 500 Nm 토크 측정 범위에서 결정계수(r2)가 0.99 이상으로 높게 나타나 장착된 토크 센서를 이용하여 트랙터의 변속기 입력축 및 PTO 입력축 토크 측정이 선형적으로 가능함을 알 수 있다.
- 25 m, 수확장치의 길이가 2,000 mm, 절삭 칼날의 수가 15개인 원형 베일러(F550, MCHale, Ireland)를 사용하였다. 이때 시험 작물은 이탈리안라이그라스(italian ryegrass)로 하였으며, 임의로 5개의 시료를 뽑아 오븐법에 따라 함수율을 측정한 결과 평균 13.8%로 나타났다.
- 베일러 작업 시 동력 측정 결과 사례를 그림 6에 나타내었다. 베일러 작업 시 소요동력을 동일한 PTO 단수에 대해 반복 측정 결과 유사하게 관찰되었으며, PTO 1, 2단의 소요동력은 부분적으로 PTO 2단이 1단에 비해 다소 높게 나타나는 구간도 있었으나 큰 차이를 구분하기는 어려웠다. 엔진 소요 동력은 PTO 입력축의 소요동력이 가장 높은 비중을 차지하여 PTO 입력축의 소요동력과 유사한 경향을 보여주었다.
- 엔진 소요 동력은 PTO 입력축의 소요동력이 가장 높은 비중을 차지하여 PTO 입력축의 소요동력과 유사한 경향을 보여주었다. 베일 형성 구간에서는 챔버 내 수확물의 증가에 따라 PTO 입력축의 동력이 증가하여 엔진 소요동력이 약 25 ~ 80 kW 범위에서 지속적으로 증가하였으며, 베일 결속 및 배출 구간에서는 트랙터의 정지와 챔버로 유입되는 수확물이 감소하여 소요동력도 감소함을 알 수 있다. 배출을 위한 챔버 개폐 시에는 챔버 내 무게 감소로 PTO 입력축의 소요동력이 급감하였고 엔진 소요동력도 동일한 경향을 보여 주었다.
- 베일 형성 구간에서는 챔버 내 수확물의 증가에 따라 PTO 입력축의 동력이 증가하여 엔진 소요동력이 약 25 ~ 80 kW 범위에서 지속적으로 증가하였으며, 베일 결속 및 배출 구간에서는 트랙터의 정지와 챔버로 유입되는 수확물이 감소하여 소요동력도 감소함을 알 수 있다. 배출을 위한 챔버 개폐 시에는 챔버 내 무게 감소로 PTO 입력축의 소요동력이 급감하였고 엔진 소요동력도 동일한 경향을 보여 주었다.
- 변속기 입력축은 트랙터를 구동하는 순간에 가장 큰 소요 동력을 보여 주었으며, 베일 형성 구간에서는 5 ~ 30 kW의 범위로 나타났다. 또한 트랙터가 정지하는 베일 결속 및 배출 구간의 소요동력은 PTO 구동에 따른 진동에 의하여 약 1 kW 미만의 차이가 관찰되었다.
- 변속기 입력축은 트랙터를 구동하는 순간에 가장 큰 소요 동력을 보여 주었으며, 베일 형성 구간에서는 5 ~ 30 kW의 범위로 나타났다. 또한 트랙터가 정지하는 베일 결속 및 배출 구간의 소요동력은 PTO 구동에 따른 진동에 의하여 약 1 kW 미만의 차이가 관찰되었다. 주 유압펌프는 베일 형성 구간에서 베일러의 수평유지를 위해 유압회로를 작동시킴에 따라 3 ~ 4 kW의 범위로 비교적 낮게 나타났고 베일 배출을 위한 챔버 개폐 시 최대 약 13 kW 정도로 증가하였다.
- 베일러 작업 시 트랙터엔진 소요동력 사용비율은 그림 7에 요약하였다. 엔진 정격대비 소요동력의 사용비율 25% 이하인 작업시간이 PTO 1, 2단에서 각각 4.1%와 2.2%이었고, 25 ~ 50% 범위에서는 각각 31.5%와 16.3%로 나타났으며, 50 ~ 75% 범위에는 각각 49.6%와 59.7%로 나타나 대부분의 소요동력이 이 구간에 집중됨을 알 수 있다. 또한 엔진 정격 75 ~ 100% 범위의 소요동력 사용비율은 PTO 1단이 14.
- 7%로 나타나 대부분의 소요동력이 이 구간에 집중됨을 알 수 있다. 또한 엔진 정격 75 ~ 100% 범위의 소요동력 사용비율은 PTO 1단이 14.4%, PTO 2단이 20.8%로 PTO 2단이 더 높게 나타났으며, 100% 이상의 범위에서는 각각 0.4%와 1.0%로 나타났다. PTO 단수에 따른 소요동력 사용비율은 대부분의 동력이 사용되는 50 ~ 75% 미만까지는 PTO 1단에서, 그 이상에서는 PTO 2단이 더 높게 나타나 PTO 단수가 증가할수록 큰 동력이 상대적으로 더 많이 사용됨을 알 수 있다.
- 0%로 나타났다. PTO 단수에 따른 소요동력 사용비율은 대부분의 동력이 사용되는 50 ~ 75% 미만까지는 PTO 1단에서, 그 이상에서는 PTO 2단이 더 높게 나타나 PTO 단수가 증가할수록 큰 동력이 상대적으로 더 많이 사용됨을 알 수 있다.
- 트랙터 주요 구성요소의 소요동력을 세부적으로 고찰하기 위하여 PTO 단수에 따른 변속기 입력축, PTO 입력축, 주 유압장치, 보조 유압장치의 소요동력을 표 3과 같이 베일 형성 구간, 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 구분하여 요약하였다. 베일 형성 구간에서 엔진 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 평균 43.3 kW와 49.0 kW로 최대 80.9 kW와 82.3 kW로 나타났다. PTO 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 23.
- 3 kW로 나타났다. PTO 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 23.3 kW(엔진 동력의 53.8%) 와 25.1 kW(엔진 동력의 51.2%)로 엔진 소요동력의 절반 정도를 차지하였으며, 수확물이 챔버에 가득차는 순간의 최대 소요동력은 PTO 1단에서 61.7 kW, PTO 2단에서 63.0 kW로 나타났다. 베일러 견인을 위한 변속기 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 13.
- 0 kW로 나타났다. 베일러 견인을 위한 변속기 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 13.5 kW(엔진 동력의 31.2%)와 17.2 kW(엔진 동력의 35.1%)로 PTO 입력축 다음으로 나타났으며, 베일러 작업을 위해 트랙터를 구동하는 순간의 최대 소요동력은 PTO 1단에서 35.3 kW, PTO 2단에서 34.4 kW로 나타났다. 주 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 3.
- 4 kW로 나타났다. 주 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 3.7 kW(엔진 동력의 8.5%), PTO 2단에서 3.6 kW(엔진 동력의 7.3%)로 나타났으며, 최대 소요동력은 각각 3.9 kW와 4.1 kW로 평균값과 큰 차이를 보이지 않았다. 보조 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 2.
- 1 kW로 평균값과 큰 차이를 보이지 않았다. 보조 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 2.8 kW(엔진 동력의 6.5%), PTO 2단에서 3.1 kW(엔진 동력의 6.4%)로 주요 구성요소 중 가장 낮게 나타났으나, 최대 소요동력은 각각 5.9 kW와 7.8 kW로 주 유압펌프보다 높게 나타났으며 수확을 위한 선회 작업에 따라 소요동력 변동이 크게 나타남을 알 수 있다.
- 베일 결속 및 배출 구간에서 엔진의 소요동력은 PTO 1, 2단이 각각 평균 37.3 kW와 37.0 kW, 최대 70.7 kW와 63.6 kW로 전체적으로 베일 형성 구간보다 낮은 소요동력을 보여주었다. PTO 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단이 각각 30.
- 6 kW로 전체적으로 베일 형성 구간보다 낮은 소요동력을 보여주었다. PTO 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단이 각각 30.2 kW(엔진 동력의 81.0%)와 28.3 kW(엔진 동력의 76.5%)로 베일 형성 구간 보다 높게 나타났으며, 이는 챔버 내부의 수확물 무게 및 결속에 따른 부하가 높기 때문으로 판단된다. 변속기 입력축의 소요동력은 트랙터의 정지에 따라 PTO 1, 2단에서 각각 평균 0.
- 5%)로 베일 형성 구간 보다 높게 나타났으며, 이는 챔버 내부의 수확물 무게 및 결속에 따른 부하가 높기 때문으로 판단된다. 변속기 입력축의 소요동력은 트랙터의 정지에 따라 PTO 1, 2단에서 각각 평균 0.1 kW(엔진 동력의 0.3%)와 1.2 kW(엔진 동력의 3.2%), 최대 1.7 kW와 1.4 kW로 나타났다. 주 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 5.
- 4 kW로 나타났다. 주 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 5.0 kW(엔진 동력의 13.4%), PTO 2단에서 5.6 kW(엔진 동력의 15.1%)로 나타났으며, 배출 작업을 위한 챔버 개폐로 최대 소요동력은 각각 12.7 kW와 14.6 kW까지 상승되었다. 보조 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 2.
- 6 kW까지 상승되었다. 보조 유압펌프의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 2.0 kW(엔진 동력의 5.3%), PTO 2단에서 1.9 kW(엔진 동력의 5.2%)로 베일 형성 구간과 마찬가지로 다른 구성요소보다 낮게 나타났으며, 특히 트랙터 정지 시에는 별도의 조향 작업이 없으므로 윤할을 위한 최소 동력만이 소요됨을 알 수 있다.
- 베일러 작업 전체 구간의 엔진 소요동력은 PTO 1, 2단이 각각 평균 41.8 kW와 47.4 kW로 최대 80.9 kW와 82.3 kW로 나타났다. 또한 각각의 구성요소에 대한 최대 소요동력은 주 유압장치를 제외하고는 모두 베일 형성 구간에서 나타났으며, 전체 소요동력 대비 각각의 구성요소의 소요동력 비율은 30 kW급 트랙터를 이용하여 로타리 경운 작업을 대상으로 수행한 Kim 등(2011b)의 선행연구 결과와 차이를 보였다.
- 또한 각각의 구성요소에 대한 최대 소요동력은 주 유압장치를 제외하고는 모두 베일 형성 구간에서 나타났으며, 전체 소요동력 대비 각각의 구성요소의 소요동력 비율은 30 kW급 트랙터를 이용하여 로타리 경운 작업을 대상으로 수행한 Kim 등(2011b)의 선행연구 결과와 차이를 보였다. 변속기 입력축의 평균 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 11.2 kW(엔진 동력의 26.8%)와 14.3 kW(엔진 동력의 30.2%)로 나타났으며, 이는 선행연구 결과인 3.7 kW(엔진 동력의 15.1%) 보다 높아 변속기 입력축은 로타리 작업 보다 베일러 작업 시 더 큰 동력이 소요됨을 알 수 있다. PTO 입력축의 평균 소요 동력은 PTO 1, 2단에서 각각 24.
- 1%) 보다 높아 변속기 입력축은 로타리 작업 보다 베일러 작업 시 더 큰 동력이 소요됨을 알 수 있다. PTO 입력축의 평균 소요 동력은 PTO 1, 2단에서 각각 24.1 kW(엔진 동력의 57.7%)와 26.3 kW(엔진 동력의 55.5%)로 나타났으며, 이는 선행연구 결과인 17.1 kW(엔진 동력의 69.5%)보다 다소 낮은 수치로 PTO 입력축은 베일러 작업 보다 로타리 작업 시 더 큰 동력이 소요됨을 알 수 있다. 주 유압장치 및 보조 유압장치의 평균 소요동력은 PTO 1단에서 각각 3.
- 변속기 입력축의 소요동력은 유의수준 5%에서 PTO 단수에 따라 차이를 보였으며, 이는 PTO 단수가 높을 경우 수확속도가 증가하여 트랙터의 견인력이 증가하였기 때문으로 판단된다. PTO 입력축의 경우에도 유의수준 5%에서 PTO 단수에 따른 차이가 나타났으며 PTO 2단이 1단에 비해 소요동력이 더 높게 나타났다. 이는 PTO 2단의 경우 단위 시간당 조사료 수확량이 더 많으므로 작업기 내로 유입되는 조사료의 절삭 및 압축에 따른 PTO 부하가 상대적으로 더 커지기 때문인 것으로 사료되었다.
- 주 유압펌프 및 보조 유압펌프의 경우 유의수준 5%에서 PTO 1, 2단의 소요동력 차이는 나타나지 않았다. 엔진 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 41.8, 47.4 kW로 유의수준 5%에서 차이가 나타났으며 베일러 작업 시 PTO 2단이 PTO 1단에 비해 소요동력이 더 높게 나타났다.
- (2) 엔진의 소요동력 사용비율은 측정된 엔진 소요동력을 엔진 정격을 기준으로 25% 간격으로 나누어 전체 작업 시간 중 차지하는 비율을 계산하였으며, 그 결과 PTO 1단과 2단에서 25% 이하가 각각 4.0%, 2.2%, 25~ 50%가 각각 31.5%와 16.3%, 50 ~ 75%가 각각 49.6%, 59.7%로 나타나 베일러 작업 시 대부분의 소요동력이 이 구간에 집중됨을 알 수 있다. 또한 엔진 정격 75 ~ 100% 범위의 소요동력 사용비율은 PTO 1단이 14.
- (3) PTO 단수에 따른 변속기 입력축, PTO 입력축, 주 및 보조 유압장치의 소요동력을 베일 형성 구간, 베일 결속 및 배출 구간, 전체 작업 구간으로 나누어 분석한 결과 모든 구간에서 구성요소 중 PTO 입력축이 가장 높은 비중을 차지하였으며, PTO 1단의 엔진 평균 소요동력은 베일 형성 구간, 베일 결속 및 배출 구간이 각각 43.3, 37.3 kW, 전체 구간의 평균 소요동력은 41.8 kW로 나타났다. PTO 2단의 엔진 평균 소요동력은 PTO 1단의 경우와 같이 베일 형성 구간이 49.
- 8 kW로 나타났다. PTO 2단의 엔진 평균 소요동력은 PTO 1단의 경우와 같이 베일 형성 구간이 49.0 kW로 베일 결속 및 배출 구간의 37.0 kW에 비해 높게 나타났으며, 전체 구간이 47.4 kW로 나타나 PTO 2단이 PTO 1단에 비해 동력 소모가 더 큼을 알 수 있다. 또한 베일러 작업의 PTO 단수에 따른 소요동력 차이를 분석한 결과, 유의수준 5% 이내에서 변속기 입력축, PTO 입력축에서 소요동력의 차이가 나타났으며, 주 및 보조 유압펌프에서는 유의한 차이가 관찰되지 않았다.
- 4 kW로 나타나 PTO 2단이 PTO 1단에 비해 동력 소모가 더 큼을 알 수 있다. 또한 베일러 작업의 PTO 단수에 따른 소요동력 차이를 분석한 결과, 유의수준 5% 이내에서 변속기 입력축, PTO 입력축에서 소요동력의 차이가 나타났으며, 주 및 보조 유압펌프에서는 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 엔진 소요동력은 PTO 1, 2단에서 각각 41.
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