김완수
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
김용주
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
백승민
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
백승윤
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
문석표
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
이남규
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
김택진
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
엠디 아부 아윱 시디크
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
전현호
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
,
김연수
(Department of Biosystems Machinery Engineering, Chungnam National University)
The purpose of this study was to analyze the effect of the soil cone index (CI) on the tractor work load. A load measurement system was constructed for measuring the field data. The field sites were divided into grids (3×3 m), and the cone index was measured at the center of each grid. The wo...
The purpose of this study was to analyze the effect of the soil cone index (CI) on the tractor work load. A load measurement system was constructed for measuring the field data. The field sites were divided into grids (3×3 m), and the cone index was measured at the center of each grid. The work load measured through the plow tillage was matched with the soil cone index. The matched data were grouped at 600 kPa intervals based on the cone index. The work load according to the cone index was analyzed for engine, axle, and traction load, respectively. The results showed that when the cone index increased, engine torque decreased by up to 9%, and the engine rotational speed and brake-specific fuel consumption increased by up to 5% and 3%, respectively. As the cone index increased, the traction and tillage depth were inversely proportional to the cone index, decreasing 7% and 18%, respectively and the traction and tillage depth were directly proportional to the cone index, increasing 13% and 12%, respectively. Thus, it was found that the cone index had a major influence on the engine, axle, and traction loads of the tractor.
The purpose of this study was to analyze the effect of the soil cone index (CI) on the tractor work load. A load measurement system was constructed for measuring the field data. The field sites were divided into grids (3×3 m), and the cone index was measured at the center of each grid. The work load measured through the plow tillage was matched with the soil cone index. The matched data were grouped at 600 kPa intervals based on the cone index. The work load according to the cone index was analyzed for engine, axle, and traction load, respectively. The results showed that when the cone index increased, engine torque decreased by up to 9%, and the engine rotational speed and brake-specific fuel consumption increased by up to 5% and 3%, respectively. As the cone index increased, the traction and tillage depth were inversely proportional to the cone index, decreasing 7% and 18%, respectively and the traction and tillage depth were directly proportional to the cone index, increasing 13% and 12%, respectively. Thus, it was found that the cone index had a major influence on the engine, axle, and traction loads of the tractor.
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문제 정의
본 연구는 토양 변수 중 하나인 원추 지수가 플라우 경운 작업에 따른 트랙터 농작업 부하에 미치는 영향을 분석하기 위하여 수행되었으며, 주요 결과는 다음과 같다.
제안 방법
이는, 엔진 회전속도 및 토크뿐만 아니라 연료소비율과도 관련이 있으며, 연료소비율은 트랙터의 효율을 평가하는 지표로 사용된다.26) 따라서, 본 연구에서는 엔진 부하 분석 시 엔진 토크 및 회전속도뿐만 아니라, 단위 출력 당 연료소비율에 대해서도 분석을 수행하였다. 엔진 출력은 엔진 토크 및 회전속도를 이용하여 식 (1)과 같이 계산되었으며1), 단위 출력 당 연료소비율(BSFC)은 식 (2)와 같이 계산되었다.
8) 따라서, 본 연구에서는 차축 부하의 지표로서 슬립률 및 차축 토크를 선정하였다. 차륜의 구동 슬립률은 토양조건에서 차륜 휠의 미끄러짐 정도를 나타내는 값으로서 차축 부하에 큰 영향을 미친다.
또한, 트랙터는 Tier-4 전자엔진을 탑재하고 있어 Controller Area Network (CAN) 통신을 이용하여 엔진 토크, 엔진 회전속도, 연료소비율 데이터를 수집하였다. 각 센서에서 출력된 값은 데이터수집장치(CRONOS compact CRC-400-11, IMC, Germany)를 이용하여 계측하였으며, 데이터 수집 속도는 100 Hz로 설정하였다.
경운 작업의 경심은 트랙터 후방 3-point hitch에 설치된 Potentiometer를 통해 측정되었다. 경심을 산출하기 위한 Potentiometer의 교정(Calibration)은 트랙터에 플라우를 부착하고 3-point hitch의 상사점과 하사점을 고려하여 수동으로 총 10개의 높이 범위에서 반복 측정한 데이터를 이용하여 Fig. 2와 같이 수행되었다. 이때, 교정 결과는 0.
본 연구에서는 원추 지수가 트랙터 작업 부하에 미치는 영향에 대하여 분석을 수행하였으며, 이때 작업 부하는 엔진 부하, 차축 부하, 견인 부하에 대하여 각각 분석하였다. 트랙터 엔진은 높은 부하가 발생할 때, 작업 부하를 극복하기 위하여 엔진 성능 곡선을 기반으로 엔진 회전속도를 낮춤으로써 토크를 증가시킨다.
본 연구에서는 하중전이의 영향을 감소시키고 전·후차 축의 밸런스를 고려하기 위하여 트랙터 전방에 무게 908 kg의 로더(TX105SL, TYM Co. Ltd., Korea)를 부착하였다.
필드 시험지는 국내 논 토양 2곳을 선정하여 3 m × 3 m의 격자로 구분하였다. 원추 지수는 각 격자의 중앙 위치에서 측정하였으며, 필드시험을 통하여 부하 데이터를 수집하였다. 원추 지수에 따른 작업 부하 분석을 위하여 원추 지수 600 kPa 단위로 그룹화 작업을 수행하였다.
원추 지수는 각 격자의 중앙 위치에서 측정하였으며, 필드시험을 통하여 부하 데이터를 수집하였다. 원추 지수에 따른 작업 부하 분석을 위하여 원추 지수 600 kPa 단위로 그룹화 작업을 수행하였다.
, Korea)이다. 작업 단수는 본 연구에 사용된 트랙터의 마력대 및 농작업기의 경폭을 고려하여 실수요자의 설문조사 및 선행 연구 결과를 통하여 M3 Low (7.09 km/h)로 설정하였다.22-24) 이때, 엔진 회전속도는 Full throttle 조건인 약 2510 rpm으로 설정하였다.
22-24) 이때, 엔진 회전속도는 Full throttle 조건인 약 2510 rpm으로 설정하였다. 작업기 경심은 약 13~17 cm 수준으로 설정하였으며, 작업 시 경심 은 작업 부하에 따라 제어가 가능하도록 설정하였다.
차축 토크는 4개의 차축 케이스와 휠 사이에 토크미터를 설치하여 측정하였으며, 전륜 및 후륜에는 각각 최대 15 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_15 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany) 및 최대 30 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_30 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany)가 사용되었다. 차축 회전속도는 4개의 차축에 대하여 각각 근접센서 (MP981, ONO SOKKI, Japan)를 사용하여 각 차축에 설치된 100개의 기어 잇 수(Teeth)를 검출함으로써 계산하였다. 트랙터 주행속도는 GPS (18x 5Hz, Garmin, USA) 및 Racelogic VBOX (VB3iSL, Racelogic, United Kingdom)를 사용하여 측정하였다.
4 와 같은 순서로 수행되었다. 토양 원추 지수가 격자 별로 측정된 것과 달리, 트랙터 부하 데이터는 90 m 직진작업에 따라 시간별로 측정되었다. 따라서, 원추 지수에 따른 작업 부하를 분석하기 위해서는 원추 지수와 트랙터 부하 데이터의 매칭 작업이 필요하다.
트랙터 농작업 부하 계측 시스템은 Fig. 1과 같이 차축 토크, 차축 회전속도, 주행속도, 작업 경심을 측정할 수 있도록 구성되었다. 차축 토크는 4개의 차축 케이스와 휠 사이에 토크미터를 설치하여 측정하였으며, 전륜 및 후륜에는 각각 최대 15 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_15 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany) 및 최대 30 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_30 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany)가 사용되었다.
차축 회전속도는 4개의 차축에 대하여 각각 근접센서 (MP981, ONO SOKKI, Japan)를 사용하여 각 차축에 설치된 100개의 기어 잇 수(Teeth)를 검출함으로써 계산하였다. 트랙터 주행속도는 GPS (18x 5Hz, Garmin, USA) 및 Racelogic VBOX (VB3iSL, Racelogic, United Kingdom)를 사용하여 측정하였다. 경운 작업의 경심은 트랙터 후방 3-point hitch에 설치된 Potentiometer를 통해 측정되었다.
19) 따라서, 필드 시험지는 크기가 동일한 격자 형태로 구분되었으며, 이때 격자 크기는 트랙터와 작업기의 크기를 고려하여 9 m2(가로 3 m×세로 3 m)로 설정하였다. 필드 시험지의 격자를 구분하기 위하여, 가로축에는 3 m 간격으로 막대를 설치하였으며, 세로축에는 100 m 줄자를 사용하여 구분하였다. Fig.
0"E)에서 수행하였다. 필드 시험지의 토성은 시험지 내 균일한 구간에서 채취한 시료를 이용하여 미농무성(USDA)에서 제시한 토성 삼각도를 기준으로 분류하였으며, 그 결과는 Table 2와 같이 나타났다.20) 국내 논 토양의 토성이 대부분 양토 계열이라고 보고한 선행 연구에 따라21), 선정된 필드 시험지는 모두 국내 논 토양의 대표적인 토성인 것을 확인하였으며, 선정된 필드가 모두 농작업에 적합함을 알 수 있었다.
대상 데이터
(1) 농작업 부하 계측 시스템은 차축 토크미터, 근접센서, GPS, 데이터 수집장치를 이용하여 구성하였다. 필드 시험지는 국내 논 토양 2곳을 선정하여 3 m × 3 m의 격자로 구분하였다.
995의 결정계수(R2)를 보여 Potentiometer를 이용하여 경심의 측정이 가능함을 확인하였다. 또한, 트랙터는 Tier-4 전자엔진을 탑재하고 있어 Controller Area Network (CAN) 통신을 이용하여 엔진 토크, 엔진 회전속도, 연료소비율 데이터를 수집하였다. 각 센서에서 출력된 값은 데이터수집장치(CRONOS compact CRC-400-11, IMC, Germany)를 이용하여 계측하였으며, 데이터 수집 속도는 100 Hz로 설정하였다.
본 연구는 플라우 경운 작업을 대상으로 수행되었으며, 사용된 작업기는 경폭이 2.8 ｍ인 8련 플라우 (WJSP-8, Woongjin Machinery Co. Ltd., Korea)이다. 작업 단수는 본 연구에 사용된 트랙터의 마력대 및 농작업기의 경폭을 고려하여 실수요자의 설문조사 및 선행 연구 결과를 통하여 M3 Low (7.
본 연구에서는 Tier-4 전자엔진을 탑재한 국내 78 kW급 대형 트랙터(S07, TYM Co. Ltd., Korea)를 사용하였다. 트랙터의 제원은 Table 1과 같이 크기 4225×2140×2830 mm (Length×Width×Height), 무게 3985 kg이며, 트랙터의 정격 토크는 정격 회전속도 2300 rpm에서 324 Nm이다.
본 연구에서는 필드 시험을 위하여 국내 논 토양 2곳을 선정하였다. 필드 시험은 충청남도 당진시 송산면 금암리 609-9 (36°55'48.
Table 3은 원추 지수 범위별 분석에 사용된 데이터를 포함한 ANOVA 분석 결과를 나타낸다. 분석에 사용된 전체 데이터는 498개이며, 그중 원추 지수 Field A 및 B의 평균 깊이별 원추 지수는 Fig. 5와 같이 나타났다. Field B의 원추 지수는 경운 작업이 수행되는 0~20 cm 범위에서 Field A 보다 더 높은 것으로 나타났다.
7을 사용하였다. 작업기 상수는 본 연구에서 사용한 몰드보드 플라우 기준( A: 652, B:0, C: 5.1 )을 사용하였으며30), 작업기 폭은 본 연구에 사용된 플라우의 폭인 2.8 m을 사용하였다. 경심은 Potentiometer를 통해 측정된 값을 사용하였다.
1과 같이 차축 토크, 차축 회전속도, 주행속도, 작업 경심을 측정할 수 있도록 구성되었다. 차축 토크는 4개의 차축 케이스와 휠 사이에 토크미터를 설치하여 측정하였으며, 전륜 및 후륜에는 각각 최대 15 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_15 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany) 및 최대 30 kNm까지 측정이 가능한 토크미터(MW_30 kNm, MANNER Sensortelemetrie GmbH, Germany)가 사용되었다. 차축 회전속도는 4개의 차축에 대하여 각각 근접센서 (MP981, ONO SOKKI, Japan)를 사용하여 각 차축에 설치된 100개의 기어 잇 수(Teeth)를 검출함으로써 계산하였다.
30) 제안된 견인력 예측 모델은 토양조건, 작업기 상수, 작업속도, 경심, 작업기 폭을 이용하여 계산된다. 토성 조정 변수(Fi)는 미농무성(USDA) 기준 ( Fi= 1 for fine, 0.7 for medium and 0.45 for coarse textured soils)을 적용하였으며30), Field A 및 B에서 측정된 데이터에 각각 1 및 0.7을 사용하였다. 작업기 상수는 본 연구에서 사용한 몰드보드 플라우 기준( A: 652, B:0, C: 5.
, Korea)를 부착하였다. 트랙터의 전륜 및 후륜 타이어는 각각 13.6-24 8PR 및 18.4-34 10PR의 사용되었으며, 전륜 및 후륜의 동 반지름은 각각 0.545, 0.740 m이다.
트랙터의 제원은 Table 1과 같이 크기 4225×2140×2830 mm (Length×Width×Height), 무게 3985 kg이며, 트랙터의 정격 토크는 정격 회전속도 2300 rpm에서 324 Nm이다.
필드 시험은 충청남도 당진시 송산면 금암리 609-9 (36°55'48.3"N, 126°38'00.5"E) 및 경기도 안성시 서운면 송산리 71-6 (36°56'44.9"N, 127°14'30.0"E)에서 수행하였다.
필드 시험지는 국내 논 토양 2곳을 선정하여 3 m × 3 m의 격자로 구분하였다.
데이터처리
23) 원추 지수는 각각의 격자 중앙에서 3회 반복 측정한 값의 평균값을 사용하였으며, 견인 부하 분석 시 주로 사용되는 0~15 cm까지의 평균 데이터를 사용하였다.25)
또한, 견인 부하는 경심 기반으로 구성된 예측 모델을 이용하여 계산되었으므로, 경심이 감소함에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. 원추 지수 별 경심 및 견인력의 평균 차이가 있는지 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다. 그 결과, 경심 (F=6.
28%로 감소하였으며, 차축 토크는 20,871 Nm에서 19,468 Nm 로 감소하는 것으로 나타났다. 원추 지수별 슬립률 및 차축 토크의 평균 차이가 있는지 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다. 그 결과, 슬립률 (F=17.
5 g/kWh로 나타났다. 원추 지수에 따라 엔진 토크, 속도, 단위 출력 당 연료소비율의 평균 차이가 있는지 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다. 그 결과, 엔진 토크(F=17.
이때, 데이터는 Field A 및 B에서 측정된 데이터를 종합하여 사용하였다. 일원분산분석(One-way ANOVA)은 원추 지수 그룹별 작업 부하의 유의성 분석을 위하여 수행되었으며, LSD (Least Significant Difference)를 통하여 사후 검증을 수행하였다. 이때 분석에 사용된 소프트웨어는 IBM SPSS Statistics (SPSS 25, SPSS Inc.
따라서, 원추 지수에 따른 작업 부하를 분석하기 위해서는 원추 지수와 트랙터 부하 데이터의 매칭 작업이 필요하다. 필드에서 계측된 시간별 작업 부하 데이터는 시작과 종료 지점의 시간 값을 계산하여 30등분으로 나누었으며, 각 등분별 평균값을 산출하였다. 평균값은 각 격자별 작업 부하 데이터로서 사용되었으며, 격자별 원추 지수와 매칭하여 분류되었다.
이론/모형
트랙터의 플라우 경운작업에 따른 견인 부하 분석은 식 (4)와 같이 ASABE standard D497.6에서 제안한 1차 경운 작업기의 견인력 계산 모델을 이용하여 수행되었다.30) 제안된 견인력 예측 모델은 토양조건, 작업기 상수, 작업속도, 경심, 작업기 폭을 이용하여 계산된다.
필드 시험지의 토양 원추 지수는 미농공학회(ASABE)에서 제시한 방법을 기반으로 약 30 mm/s의 속도로 Cone penetrometer (SC900, Spectrum Technology, USA)를 사용하여 측정하였다.23) 원추 지수는 각각의 격자 중앙에서 3회 반복 측정한 값의 평균값을 사용하였으며, 견인 부하 분석 시 주로 사용되는 0~15 cm까지의 평균 데이터를 사용하였다.
성능/효과
(2) 원추 지수의 증가에 따라 엔진 토크는 최대 9% 감소하였으며 엔진 회전속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 각각 최대 5% 및 3% 증가하는 것으로 나타났다. 차축 슬립률 및 토크는 원추 지수가 증가함에 따라 각각 최대 18%, 7% 감소하는 것으로 나타났으며, 견인력 및 경심은 각각 최대 13%, 12% 증가하는 것으로 나타났다.
(3) 원추 지수가 낮을수록 토양 강도가 약해지기 때문에, 트랙터의 하중으로 인하여 차륜의 침하가 발생할 수 있다. 이는, 차륜의 고 슬립 및 고 부하를 발생시키며, 엔진은 차축에 고 부하를 출력하기 위하여 회전속도를 감소시켜 높은 토크를 출력하게 된다.
1) 그 중 경운작업은 농작물 생산을 위한 전주기 과정 중 가장 높은 작업 부하가 발생하며, 에너지 소비가 가장 많은 작업 중 하나이다.2-3)
001)은 신뢰수준 99%를 기준으로 최소 두 개 이상의 원추 지수 범위에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. LSD 사후 분석 결과에 따라, 원추 지수 1500~2100 kPa (III) 와 2100~2700 kPa (IV)은 엔진토크(p=0.479), 엔진 속도(p=0.601), 단위 출력 당 연료 소비율(p=0.243) 에서 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 그 외의 원추 지수 범위에서는 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다. Fig.
001) 는 신뢰수준 99%를 기준으로 최소 두 개 이상의 원추 지수 범위에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다. LSD 사후 분석 결과에 따라, 원추 지수 1500~2100 kPa (Ⅲ) 와 2100~2700 kPa (Ⅳ)은 슬립률 (p=0.118), 차축토크(p=0.045)에서 유의한 차이를 나타내지 않았으며, 그 외의 원추 지수 범위에서는 유의한 차이를 보이는 것으로 나타났다. Fig.
그 결과, 경심 (F=6.361, p<0.001) 및 견인력(F=6.800, p<0.001)은 신뢰수준 99%를 기준으로 최소 두 개 이상의 원추 지수 범위에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
그 결과, 슬립률 (F=17.631, p<0.001) 및 차축 토크(F=19.509, p<0.001) 는 신뢰수준 99%를 기준으로 최소 두 개 이상의 원추 지수 범위에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
그 결과, 엔진 토크(F=17.591, p<0.001), 엔진 속도(F=9.152, p<0.001), 단위 출력 당 연료소비율(F=16.326, p<0.001)은 신뢰수준 99%를 기준으로 최소 두 개 이상의 원추 지수 범위에서 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다.
7은 원추 지수가 가장 낮은 범위인 300~900 kPa (Ⅰ)을 기준으로 각 원추 지수의 범위 값을 나누어 비율로 분석한 결과를 나타낸다. 그 결과, 원추 지수의 증가에 따라 차축 슬립률은 최대 18% 감소하였으며, 차축 토크는 최대 7% 감소한 것으로 나타났다.
따라서, 낮은 원추 지수 범위에서 고 부하 발생으로 인하여 경심 제어 기능이 작동되었고, 이로 인하여 경심이 낮게 나타난 것으로 판단된다. 또한, 견인 부하는 경심 기반으로 구성된 예측 모델을 이용하여 계산되었으므로, 경심이 감소함에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. 원추 지수 별 경심 및 견인력의 평균 차이가 있는지 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다.
또한, 그룹별 평균 원추 지수(F=1200.4, p<0.001)는 ANOVA 분석에 따라 신뢰수준 99%를 기준으로 통계적으로 유의한 차이를 보이는 것을 알 수 있었다.
원추 지수가 증가함에 따라 엔진 토크는 감소하여 원추 지수 2100~2700 kPa에서 최대 9% 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 엔진 회전 속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 증가하며, 각각 최대 5% 및 3% 증가하는 것으로 나타났다.
4 Nm로 나타났다. 또한, 원추 지수가 증가할수록 엔진 회전속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 증가하는 경향을 보였으며, 원추 지수 300~900 kPa (I)의 범위에서는 각각 2187 rpm 및 219.7 g/kWh의 값을 보였고, 2100~2700 kPa (IV)의 범위에서 2298 rpm 및 226.5 g/kWh로 나타났다. 원추 지수에 따라 엔진 토크, 속도, 단위 출력 당 연료소비율의 평균 차이가 있는지 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 수행하였다.
Field B의 원추 지수는 경운 작업이 수행되는 0~20 cm 범위에서 Field A 보다 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구에서 구분된 원추 지수 그룹별 평균 경심은 300~900 kPa (I), 900~1500kPa (II), 1500~2100 kPa (III), 2100~2700 kPa (IV)에서 각각 0~5 cm, 4~15 cm, 13~18 cm, 17~20 cm로 나타났다. 본 연구에서 수행된 플라우 경운 작업은 평균 약 15~17 cm의 경심을 유지하도록 수행되었으며, 이는 약 1500~2100 kPa (III)의 수준인 것으로 나타났다.
본 연구에서 구분된 원추 지수 그룹별 평균 경심은 300~900 kPa (I), 900~1500kPa (II), 1500~2100 kPa (III), 2100~2700 kPa (IV)에서 각각 0~5 cm, 4~15 cm, 13~18 cm, 17~20 cm로 나타났다. 본 연구에서 수행된 플라우 경운 작업은 평균 약 15~17 cm의 경심을 유지하도록 수행되었으며, 이는 약 1500~2100 kPa (III)의 수준인 것으로 나타났다. Table 3은 원추 지수 범위별 분석에 사용된 데이터를 포함한 ANOVA 분석 결과를 나타낸다.
본 연구에서 구분된 원추 지수 그룹별 평균 경심은 300~900 kPa (I), 900~1500kPa (II), 1500~2100 kPa (III), 2100~2700 kPa (IV)에서 각각 0~5 cm, 4~15 cm, 13~18 cm, 17~20 cm로 나타났다. 본 연구에서 수행된 플라우 경운 작업은 평균 약 15~17 cm의 경심을 유지하도록 수행되었으며, 이는 약 1500~2100 kPa (III)의 수준인 것으로 나타났다. Table 3은 원추 지수 범위별 분석에 사용된 데이터를 포함한 ANOVA 분석 결과를 나타낸다.
Table 3은 원추 지수 범위별 분석에 사용된 데이터를 포함한 ANOVA 분석 결과를 나타낸다. 분석에 사용된 전체 데이터는 498개이며, 그중 원추 지수 900~1500kPa (II)의 범위에서 데이터는 전체의 47%를 차지하여 가장 높게 나타났으며, 2100~2700 kPa (IV)의 범위에서는 7%로 가장 낮게 나타났다. 또한, 그룹별 평균 원추 지수(F=1200.
원추 지수에 따른 견인력 및 경심은 Table 6과 같이 나타났다. 원추 지수가 300~900 kPa (Ⅰ)의 범위에서 2100~2700 kPa (Ⅳ)의 범위로 증가할 때, 경심은 14.69 cm에서 16.41 cm로 증가하는 것을 알 수 있으며, 견인력은 23.98 kN에서 27.15 kN로 증가하는 것으로 나타났다. 경심은 고 부하 발생 시 트랙터 내에 탑재된 경심제어 기능을 통하여 자동으로 경심을 제어하도록 설정되어있다.
Table 5는 원추 지수에 따른 차축 슬립률 및 토크 분석 결과를 나타낸다. 원추 지수가 증가할수록 슬립률 및 토크는 감소하는 것으로 나타났다. 이때, 원추 지수 범위가 300~900 kPa (Ⅰ)에서 2100~2700 kPa (Ⅳ)로 증가할 때, 슬립률은 14.
원추 지수에 따른 트랙터 엔진 토크, 회전속도 및 단위 출력 당 연료소비율(BSFC) 분석 결과는 Table 4 와 같다. 원추 지수가 증가할수록 엔진 토크는 감소하는 경향을 보였으며, 원추 지수 300~900 kPa (I)의 범위에서 333.0 Nm로 나타났으며, 원추 지수 2100~2700 kPa (IV)의 범위에서는 303.4 Nm로 나타났다. 또한, 원추 지수가 증가할수록 엔진 회전속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 증가하는 경향을 보였으며, 원추 지수 300~900 kPa (I)의 범위에서는 각각 2187 rpm 및 219.
8은 원추 지수 300~900 kPa 의 값을 기준으로 원추 지수에 따른 견인력 및 경심에 대한 비율을 분석한 결과이다. 원추 지수가 증가함에 따라 견인력 및 경심은 증가하였으며, 원추 지수 2100~2700 kPa에서 각각 최대 13% 및 12% 증가 한 것으로 나타났다.
6은 원추 지수 300~900 kPa (I)을 기준으로 원추 지수에 따른 엔진 부하의 비율을 분석한 결과를 나타낸다. 원추 지수가 증가함에 따라 엔진 토크는 감소하여 원추 지수 2100~2700 kPa에서 최대 9% 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 엔진 회전 속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 증가하며, 각각 최대 5% 및 3% 증가하는 것으로 나타났다.
2와 같이 수행되었다. 이때, 교정 결과는 0.995의 결정계수(R2)를 보여 Potentiometer를 이용하여 경심의 측정이 가능함을 확인하였다. 또한, 트랙터는 Tier-4 전자엔진을 탑재하고 있어 Controller Area Network (CAN) 통신을 이용하여 엔진 토크, 엔진 회전속도, 연료소비율 데이터를 수집하였다.
(2) 원추 지수의 증가에 따라 엔진 토크는 최대 9% 감소하였으며 엔진 회전속도 및 단위 출력 당 연료소비율은 각각 최대 5% 및 3% 증가하는 것으로 나타났다. 차축 슬립률 및 토크는 원추 지수가 증가함에 따라 각각 최대 18%, 7% 감소하는 것으로 나타났으며, 견인력 및 경심은 각각 최대 13%, 12% 증가하는 것으로 나타났다.
후속연구
따라서, 원추 지수는 트랙터의 엔진, 차축, 견인 등의 작업 부하에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 향후 원추 지수뿐만 아니라, 수분 함량 및 토성 등 다양한 토양 환경 조건이 트랙터 작업 부하에 미치는 영향에 대한 분석을 수행할 예정이며, 이는 트랙터 설계 및 수명평가 등에 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농업용 트랙터는 무엇인가?
농업용 트랙터는 경운, 정지, 파종, 방제, 수확 등 다양한 농작업의 종류에 따라 선정된 작업기를 견인함으로써 농작업을 수행하는 차량이다.1) 그 중 경운작업은 농작물 생산을 위한 전주기 과정 중 가장 높은 작업 부하가 발생하며, 에너지 소비가 가장 많은 작업 중 하나이다.
트랙터 작업 부하는 무엇에 따라 다르게 나타나는가?
특히, 트랙터 제조업체는 효율적인 제품설계를 위하여 다양한 조건별 작업 부하에 대하여 관심을 기울이고 있다.4) 트랙터 작업 부하는 부착 작업기1), 작업 단수5), 토양 조건 6) 등 다양한 변수에 의해 다르게 나타난다. 특히, 트랙터의 농작업은 주로 토양 노면 조건에서 수행되며, 이는 콘크리트 노면 조건과 달리 불규칙한 비정형 환경의 특성을 갖는다.
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