[논문]양파박피기 개발 (II) - 양파뿌리 부 절단장치 -

민영봉; 김성태; 김정호; 최선웅; 유준현

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Development of An Onion Peeler (II) - Root Cutting Equipment - 원문보기

민영봉 (경상대학교 농과대학 농업시스템공학부 생물산업기계공학전공) , 김성태 (경상대학교 농과대학 농업시스템공학부 생물산업기계공학전공) , 김정호 (경상대학교 농과대학 농업시스템공학부 생물산업기계공학전공) , 최선웅 ((주) 평화엔지니어링) , 유준현 ((주) 평화엔지니어링)

양파박피기 개발을 목적으로 수행된 본 연구에서는 공정상 필요한 뿌리절단장치에 관하여 시험 분석하였다. 뿌리를 절단, 제거하는 데 적합한 칼날의 종류, 회전속도와 이송속도, 및 소요동력 등 제 특성을 구명하여 적절한 회전칼날을 제작 사용함으로써 능률 높은 양파박피기를 개발하고자 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 양날형, 축날형, 원추형, 및 원통형 등 직경 30 mm의 칼날을 제작하여 실험하였던 바, 양파의 뿌리절단에는 구부린 칼날로 파내기를 하고 수직칼날로 금긋기를 동시에 할 수 있는 양날형이 가장 좋은 것으로 나타났다. 2. 양파의 뿌리부가 100% 절단이 되고 소요동력이 낮으면서 절단시간을 단축할 수 있는 최적의 작동조건은 칼날의 무부하 회전수 630 rpm, 이송속도 0.08 m/s인 것으로 나타났고, 그때의 최대토크는 5.25 kg·cm이었으며 최대소요동력은 33W로 나타났다.

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문제 정의

본 연구는 양파박피기 개발에 관한 연구의 일환으로 양파의 뿌리를 절단하고 제거하는 데 적합한 칼날의 종류, 회전속도 및 절단이송속도에 따른 절단가능성, 절단면 거칠기 및 소요 동력 등 제 특성을 구명하여 적절한 회전칼날을 제작 사용함으로써 능률 높은 양파 박피기를 개발하고자 하였다.
양파박피기 개발을 목적으로 수행된 본 연구에서는 공정상 필요한 뿌리절단장치에 관하여 시험 분석하였다. 뿌리를 절단, 제거하는데 적합한 칼날의 종류, 회전속도와 이송속도, 및 소요 동력 등 제 특성을 구명하여 적절한 회전칼날을 제작 사용함으로써 능률 높은 양파 박피기를 개발하고자 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다.
분석하였다. 뿌리를 절단, 제거하는데 적합한 칼날의 종류, 회전속도와 이송속도, 및 소요 동력 등 제 특성을 구명하여 적절한 회전칼날을 제작 사용함으로써 능률 높은 양파 박피기를 개발하고자 수행한 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 시험에서는 뿌리부 절단성공률이 가장 높고, 최대토크가 가장 낮았던 양날형 칼날을 이용하여 소요동력이 최소로 틀 되는 칼날회전수와 이송속도를 구명하고 I 자 하였다. Fig.

제안 방법

양파박피기에 사용할 칼날별 뿌리절단 시 회전속도와 이송속도에 따른 뿌리부의 절단 상태, 칼날 고정축의 최대토크 및 절단면의 거칠기를 조사 분석하여 최적의 칼날형태를 찾아내고, 칼날구동모터의 용량을 구명하여, 뿌리절단용 회전칼날의 최적형태를 결정하기 위하여 Fig. 1과 같이 11종류의 칼날을 고안, 제작하여 박피기시작기의 회전칼날 부착봉에 장착하고 시험을 실시하였다. 실험에 사용한 칼날은 편의상 양날형(1), 축날형(2, 3, 4, 5, 6), 원추형(7, 8, 9) 및 원통형(10, 11) 등으로 형태에 부합하는 이름을 붙였다.
시험용 양파는 베어링 받침 위에 설치된 3개의 핀에 중심을 일치시켜 꽂아 놓고 자동제어장치의 시작버튼을 누름으로서 절단이 이루어지게 하였다. 절단시험 중 회전칼날이 양파의 뿌리부를 10 m 깊이로 일정하게 자르도록 하기 위하여 멈춤장치(stopper)를 설치하였다. Fig.
A)를 사용하여 증폭시켰다. 스트레인증폭기의 아날로그 전압출력은 데이 터 계측 장치의 전압입력카드에 연결하여 컴퓨터로 뿌리부 절단시의 부하토크변화를 측정할 수 있게 하였다. 회전칼날의 회전수 조정은 인버터(220V 10A, 60Hz 입력, 0~ 120Hz 출력)를 이용하여 1:3 변속기어가 붙은 25W정격 모터의 입력전원의 주파수를 조절하므로서 가능하게 하였다.
스트레인증폭기의 아날로그 전압출력은 데이 터 계측 장치의 전압입력카드에 연결하여 컴퓨터로 뿌리부 절단시의 부하토크변화를 측정할 수 있게 하였다. 회전칼날의 회전수 조정은 인버터(220V 10A, 60Hz 입력, 0~ 120Hz 출력)를 이용하여 1:3 변속기어가 붙은 25W정격 모터의 입력전원의 주파수를 조절하므로서 가능하게 하였다. 그리고 뿌리부 절단시의 회전수 변화를 측정하기 위하여 픽업(pick-up)과 Fig.
회전칼날의 회전수 조정은 인버터(220V 10A, 60Hz 입력, 0~ 120Hz 출력)를 이용하여 1:3 변속기어가 붙은 25W정격 모터의 입력전원의 주파수를 조절하므로서 가능하게 하였다. 그리고 뿌리부 절단시의 회전수 변화를 측정하기 위하여 픽업(pick-up)과 Fig. 3의 펄스 신호 발생회로를 이용하여 증폭하고 이 펄스신호를 데이터계측장치의 카운터카드에 입력하여 회전수를 즉정하였다.
회전칼날의 회전속도는 무부하시 각각 480 rpm, 530 rpm, 580 rpm, 630 rpm, 680 rpm 으로 조정하였으며, 이송속도는 박피기의 회전 칼날 이송 용 공압실린더의 공기 유입 조절 밸브를 이용하여 각각 0.069 %, 0.074 %, 0.08 %, 0.087 %, 0.096 %로 조정하였다. 공기압축기와 각 실린더는 비닐호스로 연결하였으며, 작동 중 공기압강하가 발생하지 않음을 확인하였다.
각 칼날별 양파의 뿌리부 절단이 가능한가를 알아보기 위하여 Fig. 1의 각 칼날들을 Fig. 2와 Fig. 3에서와 같이 Fig. 4의 시작기에 부착하여 양파 절단시험을 하였다. 이 시험 에서는 칼날 회전수를 무부하에서 580 rpm으로, 이송속도를 0.

대상 데이터

1과 같이 11종류의 칼날을 고안, 제작하여 박피기시작기의 회전칼날 부착봉에 장착하고 시험을 실시하였다. 실험에 사용한 칼날은 편의상 양날형(1), 축날형(2, 3, 4, 5, 6), 원추형(7, 8, 9) 및 원통형(10, 11) 등으로 형태에 부합하는 이름을 붙였다. 칼날은 SUS420의 스텐칼날재질로 두께는 1.
실험에 사용한 칼날은 편의상 양날형(1), 축날형(2, 3, 4, 5, 6), 원추형(7, 8, 9) 및 원통형(10, 11) 등으로 형태에 부합하는 이름을 붙였다. 칼날은 SUS420의 스텐칼날재질로 두께는 1.5 mm이었으며 칼날각은 20°로 하였다. 양파의 뿌리절단시의 소요동력은 Fig.
시험에 사용한 양파는 6월에 수확, 저장한 것이며 직경은 6~11 cm이었으며, 시험은 11월에 수행하였으므로 건조가 상당히 잔행된 것이었다. 회전칼날의 회전속도는 무부하시 각각 480 rpm, 530 rpm, 580 rpm, 630 rpm, 680 rpm 으로 조정하였으며, 이송속도는 박피기의 회전 칼날 이송 용 공압실린더의 공기 유입 조절 밸브를 이용하여 각각 0.

성능/효과

096 %로 조정하였다. 공기압축기와 각 실린더는 비닐호스로 연결하였으며, 작동 중 공기압강하가 발생하지 않음을 확인하였다.
절단성공률이 100% 이하인 경우는 뿌리부 절단 시 부하토크가 25W모터의 최대토크보다 큰 경우로서, 회전칼날이 뿌리부에 꼽혀 정지되어 절단이 진행되지 않은 경우이다. 회전속도가 빠를수록, 또 이송속도가 느릴수록 절단성공률이 높은 것으로 나타났다. 이것은 1회전 당 이송량이 작을수록 칼날에 걸리는 저항이 적고 절단면이 매끈하게 되는 것으로 판단된다.
이상에서 양파의 뿌리부가 완전히 절단되고 소요동력이 낮으면서 절단시간을 단축할 수 있는 최적의 작동조건은 칼날의 무부하 회전수 630 rpm, 이송속도 0.08 %인 것으로 나타났고, 그때의 최대토크는 5.25 kg, cm 이었으며 최대소요동력은 33W 로 나타났다.
1. 양날형, 축날형, 원추형, 및 원통형 둥 직경 30 mm의 칼날을 제작하여 실험하였던 바, 양파의 뿌리절단에는 구부린 칼날로 파내기를 하고 수직칼날로 금긋기를 동시에 할 수 있는 양날형이 가장 좋은 것으로 나타났다.
2. 양파의 뿌리부가 100% 절단이 되고 소요동력이 낮으면서 절단시간을 단축할 수 있는 최적의 작동조건은 칼날의 무부하 회전수 630 rpm, 이송속도 0.08 %인 것으로 나타났고, 그때의 최대토크는 5.25 kg . cm이었으며 최대소요동력은 33W로 나타났다.

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