보고서 정보
주관연구기관 |
전남대학교 Chonnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-02 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 |
TRKO201600003310 |
과제고유번호 |
1395040011 |
사업명 |
국책기술개발 |
DB 구축일자 |
2016-06-25
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201600003310 |
초록
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Ⅳ. 연구개발결과
예취·건조된 콩, 서리태, 팥 등 두류 작물에 적용하여 저손실, 저손상의 고품질 곡물 수확이 가능한 수집형 자주식 두류 콤바인 상용화 개발을 목표로 수집형 자주식 두류 콤바인의 주요부, 시험기 및 시작기를 설계·제작하여 나물 콩, 팥, 서리태 콩을 대상으로 포장에서의 작업성능과 경제성 및 노동절감 효과를 분석하였으며, 그 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 크롤러형 주행부, 엔진출력 약 52 kW, HST방식 동력전달부 등을 갖춘 차대 및 운전제어부, 불균일한 포장 조건에서 예취·건조된 두류 작물의
Ⅳ. 연구개발결과
예취·건조된 콩, 서리태, 팥 등 두류 작물에 적용하여 저손실, 저손상의 고품질 곡물 수확이 가능한 수집형 자주식 두류 콤바인 상용화 개발을 목표로 수집형 자주식 두류 콤바인의 주요부, 시험기 및 시작기를 설계·제작하여 나물 콩, 팥, 서리태 콩을 대상으로 포장에서의 작업성능과 경제성 및 노동절감 효과를 분석하였으며, 그 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 크롤러형 주행부, 엔진출력 약 52 kW, HST방식 동력전달부 등을 갖춘 차대 및 운전제어부, 불균일한 포장 조건에서 예취·건조된 두류 작물의 저손실 수집이 가능한 돌기형 작물수집부, 엔진속도 비례형 체인 반송장치를 이용한 작물반송부, 두류 작물의 효율적인 탈곡을 위한 복동형 급치방식 탈곡부, 두류 곡물을 효율적으로 선별·정선할 수 있는 송풍+요동방식의 선별·정선부, 손상 및 막힘을 감소시킬 수 있는 재처리부, 곡물 손상을 줄일 수 있는 버킷형 곡립이송부, 곡물 배출 시 손상 감소, 배출높이 조절 편이성 증대를 위한 유압리프트 방식의 곡물탱크 및 곡물 배출부 등으로 구성된 수집형 자주식 두류 콤바인 시험기 및 시작기를 설계·제작하였다.
2. 주요부의 속도가 엔진속도 비례형으로 제작된 1차년도 시험기의 포장시험은 나물 콩, 팥, 서리태 콩 시험작물 공히 예년에 비하여 작황 부진으로 미숙립 및 착색립 비율이 높게 나타났으며, 또한 예취·건조 후 강우 다발로 수확시험 시기가 지연되어 곡립 함수율이 낮고, 곡립 꼬투리가 벌어진 비율이 높은 상태에서 시험을 수행하였다.
나물 콩은 엔진 회전속도 2800 rpm, 작업속도 1.0 m/s에서 수집 손실비율 약 2.7%, 배진 손실비율 약 0.5%, 총 손실비율 약 3.2%, 완전립 비율 약 99.5%, 손상립 비율 약 0.2%, 이물질 비율 약 0.2%의 성능을 보였다.
팥은 나물 콩, 서리태 콩에 비하여 상용 엔진 회전속도 2800 rpm 이상에서 높은 손상립 비율을 보여 급동 회전속도를 낮추어 적절히 조절할 필요가 있었으며, 엔진 회전속도 2400rpm, 작업속도 1.0 m/s에서 수집 손실비율 약 3.9%, 배진 손실비율 약 0.5%, 총 손실비율 약 4.4%, 완전립 비율 약 97.0%, 손상립 비율 약 1.8%, 이물질 비율 약 0.4%의 성능을 보였다.
서리태 콩은 엔진 회전속도 2800∼3000 rpm, 작업속도 1.2~1.3 m/s에서 수집 손실비율 약 2.9%, 배진 손실비율 약 0.7%, 총 손실비율 약 3.6%, 완전립 비율 약 98.4%, 손상립 비율 약 1.1%, 이물질 비율 약 0.3%의 성능을 보였다.
3. 두류 작물의 종류와 특성에 따라 엔진의 출력의 효율적 이용과 수집형 두류 콤바인의 작업 성능 향상을 위하여 탈곡부, 선별·정선부 변속장치 등을 추가한 2차년도 시작기의 포장시험은 팥을 제외한 나물 콩, 서리태 콩 포장시험 작물은 예년에 비하여 강우 다발로 인한 수확시험 시기를 맞추기 어려워 줄기나 꼬투리, 곡물 함수율이 높은 상태에서 시험을 수행하였다.
나물 콩은 상용 엔진 회전속도 3000 rpm, 작업속도 5단 약 1.2 m/s, 탈곡속도 고속(제 1, 2차 급동 급치속도 약 10.5, 12.5 m/s), 선별·정선속도 저속(송풍팬 1225 rpm, 선별·정선체 진동속도 약 5.2 Hz)에서 수집 손실비율 약 1.1%, 배진 손실비율 약 2.1%, 총 손실비율 약 3.2%, 완전립 비율 약 99.4%, 손상립 비율 약 0.4%, 이물질 비율 약 0.1%의 성능과 발아세, 발아율은 약 95.2%, 97.0%로 나타나 양호한 결과를 보였다.
팥은 상용 엔진 회전속도 3000 rpm에서 저속, 초저속의 탈곡속도 변속장치를 채용하여 시험하였지만 높은 손상립 비율을 보여 급동 회전속도를 낮추어 적절히 조절할 필요가 있었으며, 엔진 회전속도 2400 rpm, 작업속도 6단 약 1.0 m/s, 탈곡속도 초저속(제 1, 2차 급동 급치속도 약 7.0, 8.3 m/s), 선별·정선속도 고속(송풍팬 1156 rpm, 선별·정선체 진동속도 약 4.9 Hz)에서 수집 손실비율 약 0.6%, 배진 손실비율 약 0.7%, 총 손실비율 약 1.3%, 완전립 비율 약 99.2%, 손상립 비율 약 0.3%, 이물질 비율 약 0.1%의 성능을 보여 작업성능이 크게 향상되었는데 수확 작물의 상태(곡물 함수율 약 12.5%)가 적절하였기 때문으로 판단되어 수확 시 작물의 건조 상태가 매우 중요함을 알 수 있었다.
서리태 콩은 강우 다발로 인한 수확작물 함수율이 매우 높은 상태에서의 시험하였는데 엔진회전속도 3000 rpm, 작업속도 5단 약 1.0 m/s, 탈곡속도 고속(제 1, 2차 급동 급치속도 약 10.5, 12.5 m/s), 선별·정선속도 저속(송풍팬 1235 rpm, 선별·정선체 진동속도 약 5.3 Hz)에서 수집 손실비율 약 1.0%, 배진 손실비율 약 2.8%, 총 손실비율 약 3.8%, 완전립 비율 약 94.1%, 손상립 비율 약 1.8%, 이물질 비율 약 0.1%의 성능을 보였다.
4. 1, 2차년도 시험기와 시작기의 포장시험 결과 2차년도 팥을 제외한 시험작물 조건이 매우 불량한 상태에서도 목표 성능인 총 손실비율 5% 미만, 손상립 비율 5% 미만, 이물질 비율 1% 미만을 만족하였으며, 국외 보통형 두류 콤바인의 수준인 포장손실률 약 6%, 손상립 비율 약 3%, 이물질 비율 1% 이하의 성능 보다 우수한 성능을 보인 것으로 나타났다.
5. 나물 콩을 대상으로 한 경사지 적응성 시험에서는 전후 경사 2~7〫, 좌우 경사 7~14〫의 경사지에서 차체 수평제어장치를 적용하여 전후 경사 1~5〫, 좌우 경사 1~8〫의 조건에서 시험하였는데 상용 엔진 회전속도 3000 rpm, 작업속도 5단 약 0.9 m/s, 탈곡속도 중속(제 1, 2차 급동 급치속도 약 9.9, 11.8 m/s), 선별·정선속도 저속(송풍팬 1243 rpm, 선별·정선체 진동속도 약 5.2 Hz)에서 수집 손실비율 약 0.3%, 배진 손실비율 약 3.3%, 총 손실비율 약 3.6%, 완전립 비율 약 99.3%, 손상립 비율 약 0.2%, 이물질 비율 약 0.1%의 성능을 나타내어 배진 손실비율이 약간 증가하였지만 전반적으로 양호한 결과를 보여 경사지에서도 적응성이 있음을 보였다.
6. 1, 2차년도 포장시험 결과를 바탕으로 수집형 두류 콤바인 시작기의 적정 수확조건, 운전 조건을 고려한 작물별 작업성능은 나물 콩의 경우 줄기 및 꼬투리의 건조가 양호한 상태에서 곡물 함수율이 12% 내외일 때 수확하는 것이 적절하며, 포장상태가 양호한 평지의 경우 3조 예취·건조한 작물을 작업속도 1.2 m/s 내외로 작업하는 것이 가능하고, 이 때 수집 및 배진 곡립 손실비율 약 1% 대, 손상립 비율 0.5% 이하, 이물질 비율 0.3% 이하, 이론작업능률 약 60 a/h 이상의 작업성능이 가능할 것으로 예측되었다.
팥의 경우는 줄기 및 꼬투리의 건조가 양호한 상태에서 곡물 함수율이 12% 내외일 때 수확하는 것이 적절하며, 포장상태가 양호한 평지의 경우 3조 예취·건조한 작물을 작업속도 1.2m/s 내외로 작업하는 것이 가능하고, 이 때 수집 및 배진 곡립 손실비율 약 1% 대, 손상립 비율 0.5% 이하, 이물질 비율 0.1%, 이론작업능률 약 60 a/h 이상의 작업성능이 가능할 것으로 예측되었다.
서리태 콩의 경우는 줄기 및 꼬투리의 건조가 양호한 상태에서 곡물 함수율이 12~13% 내외일 때 수확하는 것이 적절하며, 포장상태가 양호한 평지의 경우 2조 예취·건조한 작물을 작업속도 1.2 m/s 내외로 작업하는 것이 가능하고, 이 때 수집 및 배진 곡립 손실비율 약 1%대, 손상립 비율 1.0% 내외, 이물질 비율 0.5% 이하, 이론작업능률 약 60 a/h 이상의 작업성능이 가능할 것으로 예측되었다.
7. 수집형 자주식 두류콤바인은 포장에 예취하여 건조시킨 두류 작물을 수집부에서 걷어 올려 줄기를 포함한 알곡을 탈곡부에 투입하여 수확하고 알곡만 선별하는 구조로, 수확 시 건조된 작물의 특성에 따라 곡물의 손상 및 손실을 최소화할 수 있도록 급동 및 풍구의 회전속도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 개발된 시작기의 기초 성능 측정 결과 주행성능은 주행 시 최고 속도 2.5 m/s, 작업 시 최고 속도는 1.4 m/s로 측정되었으며, 급동 회전속도는 최소 280 rpm에서 최대 360 rpm으로 5단계, 풍구 회전속도는 최소 1,250 rpm에서 최대 1,880 rpm으로 3단계 조절되는 것으로 측정되었다. 또한, 시작기의 경사지 작업 전복 안정성 검정을 위하여 좌·우 전도각을 측정한 결과 좌 전도각은 29.6〫, 우 전도각은 31.0〫로 측정되어 농업기계 검정기준에 부합하는 것으로 분석되었다.
8. 시작기의 현장 적응시험은 팥과 서리태 콩을 대상으로 수행하였으며, 팥의 경우 작업능률 고려시 엔진 회전속도 2,600 rpm, 탈곡 급동속도 7.6 m/s(제1급동 기준), 작업속도 1.1 m/s에서 작업성능이 양호하였으며, 수확손실은 2.0% 미만, 탈곡손실은 0.8% 미만으로 분석되었다.
서리태 콩은 엔진 회전속도 3,000 rpm, 탈곡 급동속도 10.5 m/s(제1급동 기준), 작업속도 1.0 m/s에서 작업성능이 가장 양호하였으며, 수확손실은 3.0% 미만, 탈곡손실은 1.0% 미만으로 분석되었다.
9. 시작기의 작업성능 및 경제성 분석결과, 팥 수확 시 작업성능은 약 0.3 시간/10a으로 관행 5.3 시간/10a 보다 94% 노력 절감 효과가 있으며, 소요비용은 79,173 원/10a으로 관행 224,560원/10a 보다 65%의 비용 절감 효과가 있는 것으로 나타났다.
서리태 콩 수확 시 작업성능은 약 0.35 시간/10a으로 관행 11.0 시간/10a 보다 97% 노력 절감 효과가 있으며, 소요비용은 98,966 원/10a으로 관행 480,084 원/10a 보다 79%의 비용 절감 효과가 있는 것으로 나타났다.
Abstract
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This study was carried out to develop prototype of a pick-up type self-propelled combine harvester for harvesting cut and dried pulse crops. Main parts of travelling, operation controlling, power transmission and drive trains, crop picking-up, crop conveying, threshing, separating and cleaning, reth
This study was carried out to develop prototype of a pick-up type self-propelled combine harvester for harvesting cut and dried pulse crops. Main parts of travelling, operation controlling, power transmission and drive trains, crop picking-up, crop conveying, threshing, separating and cleaning, rethreshing, grain carrying, and grain tank and grain unloading devices for the combine harvester were designed, and the 1st and 2nd prototypes of the combine harvester were constructed. Field tests on performance of the combine harvester for harvesting sprout bean, red bean, and green kernel black bean were performed to investigate field grain loss, grain quality in grain tank, and field capacity. And economic feasibility for the combine harvester through field adaptability tests was analyzed. Obtained results are summarized as follows;
1. V-belt and chain drive trains by using the body of domestic rice combine harvester with 52 kW diesel engine, crawler type travel device, and HST transmission, operation control device, crop picking chains with pick-up tines, crop conveying auger and chains, double threshing cylinders and concave, separating sieves, cleaning shoe(grain pan, fan, chaffer sieve), tailings auger and bucket elevator, grain gathering plate and grain carrying bucket elevator, and grain tank and grain unloading device with hydraulic lift for a pick-up type self-propelled combine harvester were designed. The 1st and 2nd prototype combine harvesters were constructed.
2. The 1st prototype combine harvester that speeds of main parts were proportional to engine speed was constructed. The combine harvester had pick-up width of about 1 m, and could harvest 3 rows gathering crop for sprout bean and red bean, and could harvest 2 rows gathering crop for green kernel black bean. Harvesting travel speed controllable with 6 steps transmission lever was shown up to about 1.5 m/s in field.
For harvesting sprout bean, the combine harvester showed average pick-up grain loss ratio of 2.7%, discharging grain loss ratio of 0.5%, total grain loss ratio of 3.2%, whole grain ratio of 99.5%, damaged grain ratio of 0.2%, and foreign material ratio of 0.2% at the engine speed of 2800 rpm, and travel velocity of 1.0 m/s.
For harvesting red bean, it showed average pick-up grain loss ratio of 3.9%, discharging grain loss ratio of 0.5%, total grain loss ratio of 4.4%, whole grain ratio of 97.0%, damaged grain ratio of 1.8%, and foreign material ratio of 0.4% at the engine speed of 2400 rpm, and travel velocity of 1.0 m/s. Lowering of threshing speed was needed to reduce damaged grain ratio compared with harvesting sprout bean and green kernel black bean.
For harvesting green kernel black bean, it showed average pick-up grain loss ratio of 2.9%, discharging grain loss ratio of 0.7%, total grain loss ratio of 3.6%, whole grain ratio of 98.4%, damaged grain ratio of 1.1%, and foreign material ratio of 0.3% at the engine speed of 2800∽3000 rpm, and travel velocity of 1.2∽1.3 m/s.
It was necessary for the 1st prototype combine harvester that speeds of threshing, separating, and cleaning parts at engine speed of 3000 rpm be varied properly according to crop type and conditions to use engine power efficiently and to improve harvesting performance.
3. The 2nd prototype combine harvester that varies threshing speeds with 5 steps by changing gear, and separating and cleaning speeds with continuously variable V-belt transmission was constructed.
For harvesting sprout bean, the combine harvester showed average pick-up grain loss ratio of 1.1%, discharging grain loss ratio of 2.1%, total grain loss ratio of 3.2%, whole grain ratio of 99.4%, damaged grain ratio of 0.4%, and foreign material ratio of 0.1% at the engine speed of 3000 rpm, travel velocity of 1.2 m/s, threshing speed high(1st drum 10.5, 2nd drum 12.5 m/s), and separating and cleaning speed low(fan 1225 rpm, sieve 5.2 Hz).
For harvesting red bean, it showed average pick-up grain loss ratio of 0.6%, discharging grain loss ratio of 0.7%, total grain loss ratio of 1.3%, whole grain ratio of 99.2%, damaged grain ratio of 0.3%, and foreign material ratio of 0.1% at the engine speed of 2400 rpm, travel velocity of 1.0 m/s, threshing speed ultra low(1st drum 7.0, 2nd drum 8.3 m/s), and separating and cleaning speed high(fan 1156 rpm, sieve 4.9 Hz).
For harvesting green kernel black bean, it showed average pick-up grain loss ratio of 1.0%, discharging grain loss ratio of 2.8%, total grain loss ratio of 3.8%, whole grain ratio of 94.1%, damaged grain ratio of 1.8%, and foreign material ratio of 0.1% at the engine speed of 3000 rpm, travel velocity of 1.0 m/s, threshing speed high(1st drum 10.5, 2nd drum 12.5 m/s), and separating and cleaning speed low(fan 1235 rpm, sieve 5.3 Hz).
The combine harvester could harvest properly for harvesting sprout bean and green kernel black bean at engine speed of 3000 rpm by changing threshing, and separating and cleaning speeds. But for harvesting red bean, as damaged grain ratio was high at engine speed of 3000 rpm, changing transmission ratio to reduce threshing speed at engine speed of 3000 rpm was needed.
4. Comparing with field grain loss ratio of 6%, damaged grain ratio of 3%, foreign material ratio of under 1% for the foreign bean combine harvesters, both of the 1st and the 2nd prototype combine harvesters showed lower grain loss and better grain quality.
5. From the results in static stability tests on slope for the prototype harvester, lateral overturning occurred at angles of 29.6〫 on left slope, and 31.0〫 on right slope, respectively. In harvesting performance tests on side-hill field has slope angle ranges of 2∽7° in before and behind direction, and 7∽14° in right and left direction, inclination angle ranges of the combine harvester were reduced to 1∽5° in before and behind direction, and 1∽8° in right and left direction by the side-hill compensating mechanism. The combine harvester showed average pick-up grain loss ratio of 0.3%, discharging grain loss ratio of 3.3%, total grain loss ratio of 3.6%, whole grain ratio of 99.3%, damaged grain ratio of 0.2%, and foreign material ratio of 0.1% at the engine speed of 3000 rpm, travel velocity of 0.9 m/s, threshing speed middle(1st drum 9.9, 2nd drum 11.8 m/s), and separating and cleaning speed low(fan 1243 rpm, sieve 5.2 Hz). Though discharging grain loss ratio increased, overall harvesting performance of the combine harvester was good on side-hill field.
6. From the results in field tests, in case of harvesting sprout bean, If the crop is dried properly, grain moisture content is about 12%, and field condition is good, it is predicted that the combine harvester can harvest 3 rows gathering crop, and will show total grain loss ratio of 1% level, damaged grain ratio of under 0.5%, foreign material ratio of under 0.3%, and theoretical field capacity of over 60 a/h at the engine speed of 3000 rpm, and travel velocity of 1.2 m/s.
In case of harvesting red bean, If the crop is dried properly, grain moisture content is about 12%, and field condition is good, it is predicted that the combine harvester can harvest 3 rows gathering crop, and will show total grain loss ratio of 1% level, damaged grain ratio of under 0.5%, foreign material ratio of under 0.1%, and theoretical field capacity of over 60 a/h at the engine speed of 3000 rpm, and travel velocity of 1.2 m/s.
In case of harvesting green kernel black bean, If the crop is dried properly, grain moisture content is about 12∽13%, and field condition is good, it is predicted that the combine harvester can harvest 2 rows gathering crop, and will show total grain loss ratio of 1% level, damaged grain ratio of about 1%, foreign material ratio of under 0.5%, and theoretical field capacity of over 60 a/h at the engine speed of 3000 rpm, and travel velocity of 1.2 m/s.
7. From the results in field adaptability tests, field capacity of the prototype harvester and its harvesting costs for harvesting red bean were analyzed as 0.3 hour/10a, and 79,173 won/10a, respectively. Harvesting by the prototype harvester could reduce by 94% of labor input, and by 65% of harvesting costs comparing with the conventional harvesting system.
For harvesting green kernel black bean, field capacity of the prototype harvester and its harvesting costs were analyzed as 0.35 hour/10a, and 98,966 won/10a, respectively. Harvesting by the prototype harvester could reduce by 97% of labor input, and by 79% of harvesting costs comparing with the conventional harvesting system.
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