인발식 배추수확기의 성능 평가 및 전처리부 설계 :Performance Evaluation of a Chinese Cabbage Harvester with Pulling Mechanism and Design of a Preprocessing Unit

김호진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김호진 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 최영수

발행연도: 2019

저작권: 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

자주식 배추수확기의 인발성능 및 전처리부 설계

김호진 , 최영수 농업생명과학연구 2020.01 학술저널

2019

인발식 배추수확기의 성능 평가 및 전처리부 설계

김호진 지역·바이오시스템공학과 2019.01 학위논문

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우리나라 배추의 관행 수확작업체계는 인력위주로 배추의 밑동을 절단하여 수집 및 선별하는 방법이 대부분이며 수확 후처리 작업 또한 기계화되지 못해 낮은 작업능률, 노동부담 과다 등으로 인하여 일관 기계작업체계를 갖춘 수확기계의 도입이 시급한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 주행부, 주반송부, 동력전달부 등으로 구성된 배추를 인발하여 수확할 수 있는 인발식 궤도형 시작기 개발, 주반송부의 설계 요인에 따른 포장 수확 성능 평가, 우리나라 품종별 재배작형에 따른 배추 물리적 특성 분석 및 시작기의 인발 및 반송 성능 향상을 위한 전처리부 설계를 수행하였다.
개발된 시작기의 수확성능 시험을 위한 재배포장의 기계화 재배양식은 지역별 재배양식과 표준 기계화 재배양식을 고려하여 봄배추작형의 두둑폭 60cm, 고랑폭 30cm, 주간거리 40cm의 1줄재배가 바람직한 것으로 나타났다.
우리나라 품종별 재배작형에 따른 배추 물리적 특성은 품종에 따라 결구폭은 170 ~ 340mm, 전체 길이 260 ~ 350mm 범위로 다양하게 나타났다. 대체로 월동배추가 다른 재배작형의 품종에 비해 크기가 큰 것으로 나타났으며, 인발력은 평균 90.8~159.5N으로 다양하게 나타나 품종 및 무게, 토양경도, 토양함수율 등의 요인으로 인하여 차이가 발생된 것으로 판단된다.
인발각도별 주행 및 인발벨트의 속도비에 따른 수확 성능 시험 결과 인발각도 35°, 주행속도 0.4m/s 주행 및 인발벨트의 속도비 1 : 1.47에서 인발률 80%로 인발정도가 가장 높게 나타났으나, 인발 및 이송 과정 중에 협지상태 불안정, 배추 품종에 따른 적응성 부족 그리고 인발력 부족 등의 이유로 수확성능을 향상 시킬 수 있는 추가적인 보조장치가 필요한 것으로 판단되었다.
배추 인발성능을 획기적으로 개선하기 위해 인발 시 배추를 안정적으로 전달할 수 있는 메카니즘이 추가로 요구되어 배추수확기 주반송부 전방 부착형식의 유인부와 보조반송부로 구성된 전처리부를 설계하였다. 유인부는 회전날을 회전하여 인발력을 감소시키고 인발된 배추를 보조반송부로 유도하는 기능을 수행하고, 보조반송부는 인발된 배추를 보조반송부 벨트를 통과하여 주반송부 벨트로 정확한 자세로 이동시켜주는 기능을 수행한다. 유인부 모형을 통한 배추 인발자세에 대한 영향 시험결과 보조반송부의 각도는 19°, 주행 및 보조반송부 벨트 속도의 이론속도비는 1 : 1.06으로 나타났다. 보조반송부 벨트간격은 220 ~ 320mm 범위, 유인부와 보조반송부의 수직 높이 거리는 140 ~ 170mm 범위로 설계되어야 하며, 전처리부 치수는 전장 880mm, 전폭 600mm, 전고 150mm로 설계하였다.

Chinese cabbage is the most productive vegetable in Korea, according to Korean Statistical Information Service(KOSIS, 2017) figures. Nevertheless, the mechanization of Chinese cabbage harvesting has been highly limited.
This research was conducted to develop a chinese cabbage harvester, which was designed and constructed for a self-propelled harvester with pulling mechanism. The harvester is consisted of crawler-type running gear, main pulling conveyor, hydro static transmission system. The main pulling conveyor is the core unit of this harvester and is consisted of belts and pulleys driven by hydraulic system. Chinese cabbages pulled out and moved to a loading box by the compressive force of the belt.
Field tests were carried out to evaluate the harvesting performance of the harvester. Considering the traditional farming practice and standard mechanized farming practice, spring chinese cabbages were cultivated with 60cm in ridge width, 30cm in furrow width, and 40cm in hill spacing. The results of the harvesting performance test showed the best pulling rate of 80% at the inclined angle of 35° of the main conveyor, the driving speed of 0.4 m/s, and the belt speed of 0.59 m/s (speed ratio 1:1.47). In order to improve the performance of the prototype harvester, an auxiliary device such as a preprocessing unit should be designed to enhance the pulling and transferring performance.
A preprocessing unit was designed so that it can be attached in front of the main pulling conveyor of the prototype harvester and is consisted of induced unit and auxiliary pulling conveyor. It helps for chinese cabbages to be pulled out easily and to ensure stable transfer along the main pulling conveyor. The induced unit involves rotating blades to reduce the pulling force and induce the pulled chinese cabbage to the auxiliary pulling conveyor, while the auxiliary pulling conveyor performs the function to move the induced chinese cabbage in the correct position to the main pulling conveyor belt through the auxiliary pulling conveyor belt. The effect of a preprocessing unit on the behavior of pulled chinese cabbage was tested with a model of induced unit. The maximum inclined angle of the pulled chinese cabbage was 19° regardless of inclined angle of rotating blades as the model moved forward. A design of preprocessing unit was suggested based on the results of the field performance test of the prototype harvester, the field test to find the effect of rotating blade on pulling behavior of chinese cabbage, and investigation of physical properties of various chinese cabbages. Also, The physical properties of chinese cabbages cultivated in Korea were investigated to design a preprocessing unit. A preprocessing unit was designed as follows; the theoretical speed ratio of the driving speed and auxiliary pulling conveyor belt speed is 1 : 1.06. The belt distance of the auxiliary pulling conveyor can be in the range of 220 to 320 mm, the vertical height distance between the induced unit and the auxiliary pulling conveyor can be in the range of 140 to 170 mm.

#chinese cabbage #harvester

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 연구사 3
Ⅲ. 재료 및 방법 5
1. 인발식 배추 수확기의 주요 구성부 5
가. 주행부 5
나. 주반송부 6
다. 유압시스템 7
1) 조향부 9
2) 주반송부 승하강제어부 9
3) 주반송부의 벨트속도 제어부 10
2. 국내 배추의 물리적 특성 조사 11
3. 배추수확기의 인발 성능 시험 13
가. 수확성능 평가시험 포장 조성 13
나. 주반송부 인발 및 반송 성능 시험 15
Ⅳ. 결과 및 고찰 17
1. 인발식 배추수확용 시작기 17
2. 국내 배추의 품종별 재배작형과 물리적 특성 18
3. 주반송부 설계 요인 분석 20
가. 인발벨트간격 20
나. 배추 인발높이 20
다. 주행속도와 인발벨트속도의 속도비 이론분석 21
라. 주행속도와 인발벨트속도의 속도비가 수확에 미치는 영향 23
마. 인발각도가 수확에 미치는 영향 27
4. 전처리부 설계 29
가. 회전날 진입각도에 따른 배추 인발자세 29
1) 전처리부 설계를 위한 유인부 모형 29
2) 진입각도별 이동거리에 따른 배추 자세 30
나. 전처리부의 보조반송부 설계 32
1) 보조반송부의 벨트간격 32
2) 보조반송부의 길이 및 높이 33
3) 주행속도와 보조반송부 벨트속도의 속도비 34
Ⅴ. 요약 및 결론 36
참고문헌 38
Abstract 40

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