[논문]에너지 절감형 트랙터 로타리날 개발 (IV) - 로타리 커버 흙 부착 방지장치의 개발 -

김성환; 김기대; 성현석; 이현동; 나건영; 김찬수

문제 정의

폴리에틸렌의 흙 부착율이 제일 적게 나왔다고 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 世良田和寬(1990) 등의 연구결과를 이용하여 흙 부착에 인위적으로 영향을 미칠 수 있는 로타리커버의 재질에 연구의 초점을 두었다.
따라서 본 연구에서는 로타리 소요동력을 측정하고 비교 . 분석할 수 있는 소요동력 측정 장치를 개발하여 로타리 커버 흙 부착 방지장치의 성능시 험을 실시하였다.
따라서, 본 연구에서는 로타리 경운작업시 흙 부착이 가장 많이 되고 소요동력 에 영 향을 제일 크게 미치는 로타리 커버내측(상부 및 후부 커버)의 흙 부착을 방지하는 장치를 개발하였으며 구체적인 연구목적은 다음과 같다.
본 연구에서는 흙 부착장치 성능시험시 토크변환기 및 센서에서 나오는 전기적인 신호를 저장하기 위하여 데이터 레코더를 사용하였고, 데이터 레코더에 저장된 자료를 PC를 통하여 분석하였다. 그림 6은 자료 수집 및 분석 장치의 구성을 나타낸 것이다.

제안 방법

1) 로타리 경운작업시 상부 및 후부 커버에 흙이 부착되어 경운작업의 소요동력 증가를 방지하기 위하여 3mm 두께의 고밀도 폴리에틸렌 판을 부착시켰다.
1) 로타리 커버 흙 부착 방지장치를 설계 . 제작하여
2) 개발된 로타리 커버 흙 부착 방지장치의 성능시험을 실시하기 위하여 범용적인 로타리소요동력 측정장치를 개발하였다.
본 연구에서 개발한 로타리 소요동력 측정장치는 트랙터 PTO용 유니버설 조인토, 조인트 축 토크를 측정하기 위한 스트레인 게이지, 스트레인 게이지에서 전기적인 신호를 전달해주는 슬립링(slip ring) 및 조인트 축의 회전속도를 측정하기 위한 근접센서 등으로 구성되었다. 표 1에 로타리 소요동력 측정장치의 제원을 나타내었다.
본 연구에서는 로타리 커버 흙 부착 방지장치를 설치하지 않은 로타리 I 과 설치한 로타리II를 순서별로 트랙터에 장착하고 경심(10cm), 주행속도(0.83m/s) 등을 동일하게 유지하면서 포장에서 경운작업을 진행하였다. 경운작업 진행 경로는 그림 7에 나타낸 것과 같다.
본 연구에서는 현재 국내에서 가장 많이 보급되어 있는 중형트랙터(40~60PS)에 부착되는 로타리를 대상으로 로타리의 상부커버와 후부 커버 내측에 두께 3mm의 고밀도 폴리에틸렌(hard polyethylene)판을 부착하여 흙과의 접촉면을 철에서 고밀도 폴리에틸렌으로 변화시켰다. 그림 1과 그림 2는 로타리 상부 커버와 후부 커버에 고밀도 폴리에틸렌 판을 부착시킨 모습이다.
따라서 본 연구에서는 로타리 소요동력을 측정하고 비교 . 분석할 수 있는 소요동력 측정 장치를 개발하여 로타리 커버 흙 부착 방지장치의 성능시 험을 실시하였다.
소요동력 측정장치의 측도설정은 유니버설 조인트를 수평으로 고정시킨 다음 토크암을 걸고 추를 증감시키는 형식으로 하였다. 그림 8은 측도설정 모습이며, 그림 9는 측도설정 결과를 나타낸 것이다.
이 토크를 측정하기 위하여 조인트 축의 일부분을 다른 부분보다 가늘게 가공한 후 원주방향으로 90°간격으로 축 방향과 ±45°의 경사로 4개의 스트레인 게이지를 부착하여 휘스톤 브리지(wheatstone bridge) 회로를 구성함으로써 토크변환기를 구성하였다. 스트레 인 게 이 지(strain gauge)에서 나오는 전기 적 인 신호는 브리지박스(bridge box)와 앰프(amplifier)를 거쳐 증폭시킨 후 데이터 레코더(data recorder)에 저장하였다.
토크가 생성된다. 이 토크를 측정하기 위하여 조인트 축의 일부분을 다른 부분보다 가늘게 가공한 후 원주방향으로 90°간격으로 축 방향과 ±45°의 경사로 4개의 스트레인 게이지를 부착하여 휘스톤 브리지(wheatstone bridge) 회로를 구성함으로써 토크변환기를 구성하였다. 스트레 인 게 이 지(strain gauge)에서 나오는 전기 적 인 신호는 브리지박스(bridge box)와 앰프(amplifier)를 거쳐 증폭시킨 후 데이터 레코더(data recorder)에 저장하였다.
조인트 축의 회전수는 근접센서를 이용하여 전기적인 신호로 바꾸는 방법을 사용하였으며, 센서의 부착위치는 슬립링에의 축과 같이 회전하지 않는 바깥 케이스에 고정시켰다. 그림 3 과 4는 개발된 로타리 소요동력 측정장치와 로타리에 실제로 장착을 한 모습을 나타낸 것이다.
트랙터 로타리 경운작업시 상부 및 후부 커버에 흙이 부착되어 경운 소요동력을 증가시키는 것을 방지하기 위하여 흙 부착 방지장치를 개발하였으며, 성능시험시 소요동력 측정을 위하여 로타리 소요동력 측정장치를 개발하였으며, 개발된 소요동력 측정장치를 이용하여 성능시험을 실시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
포장에서 로타리 I 과 II로 경운작업을 실시하면서 소요동력을 측정할 때 데이터 레코더의샘플링 주파수는 12kHz로 설정해 놓고 토크 변환기, 근접센서에서 나오는 신호를 저장하였다. 저장된 신호는 로타리 축 10바퀴(약 3.
경운작업 진행 경로는 그림 7에 나타낸 것과 같다. 흙 부착 방지장치 의 효과를 확인하기 위 하여 경운 작업 시의 소요동력을 측정하였고, 소요동력 측정은 로타리 커버에 홁이 부착되어 소요동력에 영향을 미치려면 부착된 흙의 양이 일정한 정도에 이르러야만 영향을 미치기 때문에 포장의 절반면적을 경운한 다음부터 시작하였다.

대상 데이터

본 실험에 이용된 포장은 진주시 금산면 所在의 농가의 미경운 상태의 포장이며, 면적은15, 000nf (100mx50m)이었다. SR-2형 토양경도계를 이용하여 측정한 포장의 토양경도는 그림 5와 같으며 평균 함수율은 29.
저장된 신호는 로타리 축 10바퀴(약 3.5초에 해당하는 구간 7곳(약20m)의 데이터를 임의로 선정하여 이를 분석하였다. 그림 10은 본 시험에서 측정된 데이터를 그래프로 나타낸 것이며, 표 3과 그림 11은 로타리 I 과 Ⅱ의 소요동력 측정 결과를 나타낸 것이다.
트랙터는 국내의 LG사에서 제작된 정격출력 43 마력의 중형 트랙터이며, 트랙터에 부착된 로타리는 국내의 LG사에서 제작된 43~50마력의 트랙터에 적용 가능한 사이드 드라이브(side drive) 구동방식의 두 대의 동일한 모델의 로타리로, 로타리 I에는 흙 부착 방지장치가 부착되어 있지 않고 로타리Ⅱ에는 흙 부착 방지장치 가 부착되어 있다. 로타리 경운축에는 로타리날을 부착시키기 위한 7개의 플랜지가 달려있다.

성능/효과

3) 개발된 로타리 커버 흙 부착 방지장치 성능시험 결과 전체포장에서 경운작업을 실시할 때 평균 소요동력은 25.60&PS)이었으며, 흙 부착 방지장치를 설치하지 않은 로타리에비해서 소요동력이 12.2% 적게 소요되었다.
않음으로 인해서 나타난 결과라고 사료되 었으며. 개발된 흙 부착 방지장치 의 효과가 있는 것으로 나타났다.
1441 로 나와 두 값이 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 즉 흙 부착방지 장치의 효과가 있는 것으로 나타났다. 그림 12에서 나타낸 것과 같이 포장성능 시험 후로 타리 Ⅱ의 커버에 흙이 거의 부착되지 않은 것을 볼 수 있다.
표 3에서 나타낸 것과 같이 전체포장에서 로타리 I 의 최대 소요동력은 32.926(PS)이었으며, 최소 소요동력은 25.599(PS)이었으며, 평균 소요동력은 29.177(PS)이었다. 로타리 Ⅱ의 최대 소요동력은 29.

후속연구

3) 향후 에너지 절감형 트랙터 로타리날 개발의 기초자료로 사용한다.
개발된 로타리 커버 흙 부착 방지장치의 성능시 험을 위하여 흙 부착 방지장치를 부착 설치한 로타리와 설치하지 않은 로타리가 동일한 포장에서 경운작업을 진행할 때 흙 부착이 작업성능에 주는 영향을 판단하기 위하여 소요동력을 측정하여 비교, 분석하여야 할 필요가 있다. 두 로타리의 소요동력을 측정함에 있어서 각각의 로타리 동력입력축에 스트레인 게이지를 부착하여 소요토크를 측정하는 방법이 있는데 이러한 방법은 두 로타리의 경운 작업 시 소요 동력의 비교 .

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