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문제 정의
- 본 연구는 대추 수확기개발을 위한 기초연구로써 대추의 열매, 잎, 잎줄기의 물리적 역학적 특성을 조사 . 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구는 대추농가의 수확시기에 인력난을 해소하고, 효율적인 수확작업을 통하여 대추 농가의 경제적 이득을 위한 대추수확기 개발을 위한 기초 연구로서 대추의 기계적 특성 부분에 대해 조사. 분석하였다.
제안 방법
- 각 시료들을 실린더 내에 투입한 후 송풍기를 작동하여 내경이 100 mm인 실린더의 상부에서 공기 중에 부유, 유동하도록 한 다음 점차적으로 송풍기의 속도를 감소시켜가면서 이들이 낙하하는 순간의 공기속도를 측정하였다. 공기속도의 측정은 실린더의 중간부분에 있는 직경 100 mm의 구멍을 통하여 실린더 내부에 설치된 풍속측정기(Model 37000-00, Cole-Parmer Instrument Company)5.
- 역학적 특성과 잎줄기 및 잎의 크기와 형상 그리고, 탈리력을 측정 . 구명하였고, 대추나무 잔가지의 탄성계수 및 강성계수를 측정 . 분석하였으며, 대추의 열매, 잎, 잎줄기의 종말속도(Terminal velocity)# 측정 .
- 또한, 풀리와 계기의 연결 고리 사이에 케이블을 연결하여 UTM 의 크로스 헤드가 위쪽으로 수직 이동하면서 시료에 비틀림을 가하도록 하였으며 이때의 인장력을 측정하여 토크를 계산하였다. 다만, 척과 척 사이의 간격은 자유로이 조절할 수 있도록 하여 시료의 길이에 맞게 적절하게 위치를 고정시킨 후 실험을 실시하였다. 비틀림 각은 두 개의 척에 시료를 고정시킬 때 풀리와 계기 사이에 연결되어 있는 케이블이 하중을 받지 않은 상태에서 팽팽하게 직선이 되도록 유지하면서 고정시킨 다음 계기가 위로 이동한 변위 즉 수직 이동거리를 변위측정기로 측정한 후 풀리의 직경(48 mm)을 이용하여 비틀림 각을 환산하였다.
- 대추 열매의 장경 및 단경, 무게는 디지털 캘리퍼(Model CD-20CP, Mitutoyo Crop)와 디지털 저울(Model EK-1200G, A&D Co)을 이용하여 측정하였고, 부피는 메스 실린더에 시료를 넣은 후 수위가 증가하는 것을 육안으로 관찰하여 대추의 부피를 측정하였다. 대추 열매의 탈과력을 측정하기 위해서 장비를 고정시켜 주는 스탠드, 잎줄기를 잡아주는 클램프, 과병을 고정시켜주는 지그, 인장 및 압축을 측정할 수 있는 force-gauge (Model AFG 50 N, Mechmesin LTD)를 조합하여 그림 1 과 같이 탈과력 측정장치를 설계 .
- 측정하였다. 대추 열매의 탈과력을 측정하기 위해서 장비를 고정시켜 주는 스탠드, 잎줄기를 잡아주는 클램프, 과병을 고정시켜주는 지그, 인장 및 압축을 측정할 수 있는 force-gauge (Model AFG 50 N, Mechmesin LTD)를 조합하여 그림 1 과 같이 탈과력 측정장치를 설계 . 제작하였고, 클램프와 지그에 각각 과병과 대추가지를 고정시킨 후 force-gauge를 일정 속도로 잡아 당겨 과병이 대추가지로부터 이탈할 때 force-gauge 에 계즉된 수치를 기록하였다.
- 대추 잎의 물리적 특성으로 잎의 무게와 면적, 탈리력 등을 조사. 분석하였다.
- 분석하였다. 대추 잎의 탈리력은 본 연구에서 설계 제작한 물성실험장치(그림 1)을 이용하여 현장에서 직접 측정하였으며, 대추 잎의 면적은 잎면적측정기(Model LI-3100, LI-cor)를 이용하여 측정하였다.
- 실험장치는 풀리, 베어링 및 축, 두 개의 척을 설치하여 제작하였고, 이를 UTM 본체에 장착하여서 오른쪽의 척은 고정시키고, 왼쪽의 척은 직경이 20 mm인 축에 베어링, 풀리 및 척을 고정시켜 축이 회전하면서 풀리 및 척이 동시에 회전하도록 하였다. 또한, 풀리와 계기의 연결 고리 사이에 케이블을 연결하여 UTM 의 크로스 헤드가 위쪽으로 수직 이동하면서 시료에 비틀림을 가하도록 하였으며 이때의 인장력을 측정하여 토크를 계산하였다. 다만, 척과 척 사이의 간격은 자유로이 조절할 수 있도록 하여 시료의 길이에 맞게 적절하게 위치를 고정시킨 후 실험을 실시하였다.
- 척이 부착된 물림장치를 제작하여 비틀림 실험을 한 후 식 (2)를 이용하여 강성계수를 계산하였다. 실험장치는 풀리, 베어링 및 축, 두 개의 척을 설치하여 제작하였고, 이를 UTM 본체에 장착하여서 오른쪽의 척은 고정시키고, 왼쪽의 척은 직경이 20 mm인 축에 베어링, 풀리 및 척을 고정시켜 축이 회전하면서 풀리 및 척이 동시에 회전하도록 하였다. 또한, 풀리와 계기의 연결 고리 사이에 케이블을 연결하여 UTM 의 크로스 헤드가 위쪽으로 수직 이동하면서 시료에 비틀림을 가하도록 하였으며 이때의 인장력을 측정하여 토크를 계산하였다.
- 대추열매의 물리 . 역학적 특성과 잎줄기 및 잎의 크기와 형상 그리고, 탈리력을 측정 . 구명하였고, 대추나무 잔가지의 탄성계수 및 강성계수를 측정 .
- 잎줄기의 물리적 특성은 잎줄기에 매달린 잎의 수는 육안으로, 잎줄기 길이와 잎줄기에 매달린 잎들의 평균 장경 및 단경은 디지털 캘리퍼(Model CD-20CP, Mitutoyo Crop)로, 잎줄기 무게는 디지털 저울(Model EK-1200G, A&D Co) 등으로 측정 분석하였다.
- 대추 열매의 탈과력을 측정하기 위해서 장비를 고정시켜 주는 스탠드, 잎줄기를 잡아주는 클램프, 과병을 고정시켜주는 지그, 인장 및 압축을 측정할 수 있는 force-gauge (Model AFG 50 N, Mechmesin LTD)를 조합하여 그림 1 과 같이 탈과력 측정장치를 설계 . 제작하였고, 클램프와 지그에 각각 과병과 대추가지를 고정시킨 후 force-gauge를 일정 속도로 잡아 당겨 과병이 대추가지로부터 이탈할 때 force-gauge 에 계즉된 수치를 기록하였다. 탈과 하는데 중요한 요인 중에 하나인 Force-to~weight ratio는 각각의 시료의 탈과력을 대추의 무게로 나누어 표기하였다.
- 탈과장치에 의해 탈과 된 대추의 선별 즉, 수확 할 때 함께 섞여 있을 것으로 예상되는 이물질인 대추의 잎과 잎줄기를 선별하고자 종말속도(terminal velocity)# 측정 분석하였으며, 종말속도를 측정하기 위해서 종말속도 실험 장치를 그림 4와 같이 설계 . 제작하였다.
대상 데이터
- 본 연구 수행에 사용한 시료는 충북 보은지방에서 재배되고 있는 보은대추로써 수확 적기에 있는 시료를 농장에서 무작위로 채취하여 현장에서 직접 또는 시료 채취 후 저온 저장 후 실험을 실시하였다.
- 2x107 N/m2로 나타났다. 시료의 평균 굵기는 5.6 mm , 평균길이는 65 mm였으며 실험에 사용된 시료의 수는 총 49개였다.
- 한편, 잎줄기의 종말속도는 잎줄기 무게 혹은 잎줄기에 매달린 잎의 수와는 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났고, 잎줄기의 길이가 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 나타냈다(그림 12). 실험에 사용된 대추 열매, 대추잎, 대추잎줄기의 수는 각각 21개, 13개, 19개이다.
- 4 N으로 나타났다. 실험에 사용된 시료의 수는 30개이다.
데이터처리
- 공기속도의 측정은 실린더의 중간부분에 있는 직경 100 mm의 구멍을 통하여 실린더 내부에 설치된 풍속측정기(Model 37000-00, Cole-Parmer Instrument Company)5. 측정하였으며, 동일 시료를 3~5회 반복하여 실험을 실시하여 그 평균값을 기록하였다.
성능/효과
- . 대추 열매의 평균 장경 단경 부피 무게, 탈과력은 각각 32.02 mm , 23.9 mm , 10.0 x 10, 5.2-12.8 g , 5.7 N으로 나타났다.
- . 대추나무가지의 평균 비틀림 강성은 5.2xl(VN/m2 으로 나타났으며, 가지의 굵기가 증가하면서 음의 지수 함수적으로 감소하는 경향을 나타냈으나, 데이터가 일정한 범위에 산재해 있어 가지의 굵기에 따른 강성계수변화 특성은 일정한 경향으로는 나타나지 않았다.
- . 대추무게가 증가하면 탈과력은 증가하고, F/W는 감소하는 경향을 나타났다
- . 종말속도는 대추 열매의 무게가 증가하면서 증가하고, 대추잎의 무게, 면적이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 잎줄기의 종말속도는 잎줄기 무게 혹은 잎줄기에 매달린 잎의 수와는 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 잎줄기의 길이가 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 나타냈다.
- 0XW%3 로 나타났다. 대추열매의 평균 탈과력은 5.7 N으로 나타났으며, 무게에 대한 대추의 탈과력은 대추 무게가 증가하면서 탈과력 역시 증가하는 경향을 나타냈다(그림 5). 한편, 무게에 대한 F/W는 무게가 증가하면서 감소하는 경향을 나타냈다(그림 6).
- 대추의 종말속도는 대추의 무게가 증가하면서 일반적으로 증가하는 경향을 나타냈고(그림 9), 대추잎의 종말속도는 대추잎의 무게 혹은 대추잎의 면적이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다(그림 10 및 11). 한편, 잎줄기의 종말속도는 잎줄기 무게 혹은 잎줄기에 매달린 잎의 수와는 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났고, 잎줄기의 길이가 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 나타냈다(그림 12).
- 총 21개의 시료를 채취하여 실험한 결과 잎줄기 무게의 범위는 0.1 ~ 1.7g, 평균은 0.7 g으로 나타났고, 잎수의 범위는 4~10개, 평균은 6.6 개로 나타났으며, 잎줄기 길이의 범위는 3.0-18.0 cm , 평균은 12.2 cm 로 나타났다.
- 총 30개의 시료를 채취하여 실험한 결과 녹숙대추의 장경 범위는 24.50~38.40 mm , 평균은 32.02 mm 로 나타났고, 단경 범위는 19.31-27.77 mm , 평균은 23.9 mm 로 나타났다. 한편, 대추의 무게는 그 범위가 5.
- 나타냈으며(그림 7), 이는 다른 작물들의 경향과 비슷하게 나타났다. 총 8개의 시료를 채취하여 실험한 결과 대추가지의 평균 탄성계수는 7.01x10s N/m2 였고, 구기자 가지 의 평균 탄성 계수보다 약간 작게 나타났다. 이들 가지 의 평 균직경 은 4.
- 경향을 나타냈다(그림 10 및 11). 한편, 잎줄기의 종말속도는 잎줄기 무게 혹은 잎줄기에 매달린 잎의 수와는 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타났고, 잎줄기의 길이가 증가할수록 약간씩 증가하는 경향을 나타냈다(그림 12). 실험에 사용된 대추 열매, 대추잎, 대추잎줄기의 수는 각각 21개, 13개, 19개이다.
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