열융착 방식 원예용 결속기 성능 실증시험 비교실험

박형규 ( Hyunggyu Park ),김영수 ( Yeong Su Kim ),강석호 ( Seokho Kang ),김준희 ( Junhee Kim ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

고추 및 포도 등의 줄기는 재배시 인력에 의한 결속작업이 요구되며, 수작업으로 인해 노동강도가 높아 대부분 농가에서 원예용 결속기를 사용하고 있다. 하지만 현재 상용화 되고 있는 원예용 결속기는 결함, 고장, 사용자의 숙달도 미숙 등으로 인하여 발생하는 결속 실패 문제점들의 개선이 필요하며 특히 결속에 사용되는 스테이플러는 토양을 오염시키는 위험성을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 원예용 결속기의 단점들을 보완하며 고온의 열로 필름을 부착하는 방식의 원예용 결속기를 개발하였다. 인장압축기(LTCM-100, Ametek, USA)를 활용하여 실시한 필름의 인장력 테스트결과 기존의 원예용 결속기보다 약 10% 이상의 높은 결속력이 나타났으며 대표 밭농업 작물인 고추, 포도밭 현장에서의 실증시험을 수행하였으며 스테이플러식 결속기 3종도 현장에서의 실증실험을 진행하여 열융착 원예용 결속기와 비교실험을 하였다. 실험은 횟수를 정한 후 결속작업을 진행했으며 결속 후 결속 실패 횟수, 결속 유지 실패 개수 등을 기록하였고, 데이터를 분석하여 결속율과 유지율을 분석하였다. 그 결과 작업 미숙에 대한 결속 실패 사례로 열융착 결속기의 경우, 융착 시 필름에 충분한 열을 가하지 못하여 결속력 부족으로 필름이 떨어지는 현상이 발생하였고, 스테이플러식 결속기의 경우엔 작업 미숙에 대한 실패 사례는 나타나지 않았으나 결속 유지 실패가 열융착 결속기 방식에 비해 10% 높게 분석되었으며 스테이플러 심이 결속부에서 걸림 현상이 추가로 나타나 전체적인 효율에 있어 열융착 결속기보다 낮은 것으로 분석되었다. 이상의 결과를 바탕으로 열융착결속기를 초보자도 사용하기 적합하게 단순화하는 연구를 진행할 것이며 추가적인 현장실험을 실시하여 문제점을 수정 보완할 것이다.

수확 전처리가 고추 기계 수확에 미치는 영향

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

고추는 세계적으로 많이 사용되는 조미 채소이며 최근 해외에서는 인력으로 수확하던 기존 수확 방법을 개선하고자 수확기가 보급되고 있어 고추 가격이 낮아지는 추세이다. 하지만 국내 고추 수확 현실은 수확 기계 연구 부족과 기계 수확에 적합한 재배법 개발 부족으로 인해 시장에서의 가격 경쟁력을 잃어가고 있다. 따라서 국산 고추의 시장 경쟁력 회복을 위한 기계 수확 상용화와 기존 수확 방법을 대체할 방법에 관한 연구가 요구된다. 본 연구는 고추 기계 수확 성능 향상을 위해 고추 기계 수확 하루 전날 작물에 염수 처리하여 기계 수확 후 수확 작물들을 5가지 항목(정상과, 손상과, 손실과, 미탈실과, 가지부착과)으로 구분하였으며 전처리과정을 하지 않은 구역과 비교하여 염수 처리가 기계 수확에 미치는 영향을 확인하였다. 실험에 사용된 고추 품종은 AR Legend, 매운탄, 적영으로 바이러스와 탄저병에 면역력이 뛰어난 일시 수확형 고추 품종이다. 1회 수확 시 10 m 수확하여 3회 반복 실험하였으며 작물의 항목별 수확 비율의 평균값을 비교 분석하였다. 그 결과, 염수 처리한 구역의 미탈실과와 가지부착과의 비율이 최대 5% 감소하였으며 정상과의 비율이 최대 4% 상승하였고 모든 품종에서 같은 것으로 분석되었다. 이는 수확 전날 분무한 염수가 작물의 증산 작용에 장애를 일으켜 생력을 감소시킨 것으로 분석되며 방아다리와 고추 꼭지의 결합력이 감소하여 수확 성능이 개선된 것으로 보인다. 수확 전날 염수 전처리는 고추 기계 수확 성능을 향상시키며 본 연구는 고추 기계 수확 방법 연구의 기초 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

부착기별 하중에 따른 다목적 주행 플랫폼의 정적 안정성 분석

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

농업 기계의 개발은 부족한 인력을 대체하고 작업 시간을 단축하는 등 농작업의 효율이 상승하는 계기가 되었다. 하지만, Rondelli 등의 (2018) 조사에 따르면 농업 기계의 사용은 운전자의 부주의, 조작 미숙 등 여러 가지 이유로 매년 안전사고가 나고 있으며 이로 인한 사망자도 발생하고 있다. 특히 경사지에서의 전복 및 전도 사고는 작업자의 생명과도 직결되며 비용적인 측면에서도 큰 손실을 불러일으킨다. Abubakar 등의(2010) 연구에 따르면 이러한 문제로 많은 농업 기계들의 정적 혹은 동적 상태의 안정성이 분석되고 있으며 전복방지구조 적용으로 안전사고가 감소하고 있지만, 여전히 전도에 대한 안정성 분석이 요구되며 운전자에게 작업 가능한 범위를 제시할 필요가 있다. 본 연구는 무한궤도 형식의 다목적 주행 플랫폼의 부착기 (고추 수확기, 운반차)에 따른 정적 안정성을 분석하고자 동적해석 프로그램인 Recurdyn (V8R5, FunctionBay, Republic of Korea)을 이용하여 전도 시뮬레이션을 진행하였으며 하중에 따른 기계의 횡·종 방향의 전도 각도와 5 수준의 하중에 (0, 50, 100, 150, 200 kg) 따라 이동하는 3축 무게 중심점의 추이를 통계분석을 통해 분석하였으며 그 결과를 통해 다목적 주행 플랫폼의 부착기별 작업 가능한 범위를 제시하였다. 고추 수확기의 무게 중심은 하중에 따라서 y, z 방향에 가장 큰 영향을 받았으며 횡 방향 작업 시 가장 위험한 것으로 분석된다. 하중에 따른 x 방향은 영향력이 없었으며 운전자 탑승 방향인 좌측에서 가장 낮은 전도 각도를 갖는 것으로 분석되었다. 운반차의 무게 중심은 하중에 따라서 x, z 방향에 가장 큰 영향을 받았으며 종 방향 작업 시 가장 위험한 것으로 분석된다. 하중에 따른 y 방향은 영향력이 없었으며 운반차 적재함이 우측에 위치함에 따라 종 방향 우측에 대한 전도 위험이 가장 큰 것으로 분석된다.

온수 보일러가 내장된 건조기의 건조 특성 연구

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

부패하기 쉬운 식자재들은 저장력 증대를 위하여 특정 함수율 이하로 건조하여 사용된다. 이러한 건조 형태는 고추나 버섯과 같은 밭작물에서 뿐만아니라 미역과 다시마 같은 해조류까지의 식자재 군에서 건조가 요구된다. 하지만 일반 건조기는 건조 중 증발된 내부 수분을 배출시키기 위해 동작을 멈추고 문을 열어 수동으로 제습 작업을 해야 하는 단점이 있으며 내부 온도 유지에 불리하고 전력 소모 또한 적지 않다. 본 연구는 이러한 단점들을 보완하고자 내부 발생하는 습기를 배출해주고 상승시킨 내부 온도를 유지하고자 제습 순환 장치와 온수 보일러를 내장했을 때의 건조기의 건조 특성을 분석하였다. 공시 재료는 시판에서 판매되는 ‘대화 고추’로 초기 함수율은 함수율 측정 3회 반복한 결과 81%로 나타났다. 공시 재료 20 kg를 온수 보일러 건조기를 사용하여 함수율 15%까지 건조할 때의 건조기 상·하부의 온도와 제습 입·출구의 습도와 온도를 측정하였으며 소모되는 전력을 확인하고자 적산전력계를 설치하였다. 실험 결과 약 3시간 주기로 건조와 제습을 반복하여 작물이 건조되었으며 총 24시간의 시간이 소요되었다. 소모된 전력은 약 27 kW, 전력량은 약 650 Wh로 기존 건조기보다 전력량이 30% 줄어들었으며 수동 제습 작업이 요구되지 않아 사용 편의성이 개선되었다. 이는 제습하는 동안 온수 보일러가 내부 온도를 유지하여 작물 온도 유지 효율을 상승시켰기 때문으로 판단된다. 본 연구에서는 제습 장치와 온수 보일러 이용을 통한 내부 온도 유지가 건조 효율 상승에 미치는 효과를 분석하였으며 이는 건조기 효율 개선의 데이터로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

고추 재배 양식에 따른 기계 수확 특성 분석

강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeongsu Kim ),김준희 ( Junhee Kim ),박형규 ( Hyunggyu Park ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),하유신 ( Yushin Ha ),우승민 ( Seungmin Woo ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

고추는 지역에 구분되지 않고 널리 재배되는 식자재 중 하나이며 홍고추, 풋고추, 고춧가루 등 많은 형태로 이용되고 있다. 일반적으로 고추 수확은 일찍이 8월 말부터 늦게까지는 10월 중순까지 여러 번에 걸쳐 수작업으로 이루어진다. 이러한 수확 작업은 많은 노동력이 요구되며 투자 시간 또한 많이 차지한다. 본 연구는 고추 수확 기계화에 유리한 재배 조건을 연구하기 위해 실험군을 나누어 기계 수확 실험을 했을 때의 특성을 확인하였다. 실험에 사용된 고추 품종은 AR Legend, 매운탄, 적영으로 병과 해충에 면역력이 우수한 일시 수확형 품종이다. 재배 양식의 실험군은 일렬 재배로 재식 간격 30 cm, 40 cm 50 cm 3 수준으로 나누어 구분하였으며 각 재배 양식마다 3회 반복 실험을 진행하여 작물의 정상과 수확율과 수확량의 평균값을 분석하였다. 실증 시험 결과, 30 cm, 40 cm, 50 cm의 정상과 수확율은 각각 75%, 80%, 83%로 재배 간격이 넓어질수록 수확율이 증가하였고 이는 모든 품종에서 동일하게 나타났다. 이는 재배 간격이 좁을수록 고추 수확 시 작물끼리의 충돌이 일어나는 것으로 분석되었으며, 수확율은 재배 간격 50 cm에서 가장 높게 나왔지만 수확량은 재배 간격 40 cm에서 가장 높게 나타나 재배 간격에 따른 모종 수의 차이로 분석된다. 정상과 수확율과 수확량을 고려하였을 때, 기계 수확에 유리한 재배 간격은 40 cm인 것으로 분석되며 본 연구는 고추 수확 기계화 연구의 기초 데이터로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

부표의 수직 운동을 이용한 파력 발전기 개발

판콩빈(Cong Binh Phan),도황친(Hoang Thinh Do),당트리융(Tri Dung Dang),이세영(Seyoung Lee),박형규(Hyunggyu Park),안경관(Kyoungkwan Ahn) 한국신재생에너지학회 2015 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

마늘 줄기 유무의 저장방법에 따른 성분분석

김준희 ( Junhee Kim ),강석호 ( Seokho Kang ),김영수 ( Yeong Kim ),두윰우예다니엘 ( Uyeh Daniel Dooyum ),박형규 ( Hyunggyu Park ),우승민 ( Seungmin Woo ),하유신 ( Yushin Ha ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

마늘 수확량은 380,000 톤(통계청, 2019)으로 대표 밭작물 중 하나이지만, 마늘 수확의 기계화율은 36.7%(통계청, 2017) 수준으로 미비하다. 또한, 마늘은 품종뿐만 아니라 토양 및 기후, 기타 재배환경에 따라 그 구성성분과 생리활성 등에 차이가 나지만, 현재 선행된 연구로는 마늘 재배에 관련된 연구 또는 화학적 특성의 비교분석한 자료가 전부이며 유효성분 및 특정 미량성분에 대한 전반적인 분석은 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 마늘 줄기절단기를 개발하기 위해 품종별 마늘 줄기 유무의 저장방법에 따른 성분분석을 진행하였다. 본 연구에서 사용된 마늘은 난지형 남도, 대서 품종, 한지형 단양, 의성 품종으로 산지에서 당일 수확한 마늘을 사용하였으며, 저장방법은 통풍이 잘되는 상온에서 30일간 진행하며 3일 간격으로 무게를 측정하여 무게의 변화가 없을 때 allicin, 총 페놀 화합물, 무기물을 분석하였다. allicin 함량은 저장방법에 따라 상이하게 나타났으며, 남도, 대서, 의성 품종의 경우 줄기가 있는 대조군이 줄기가 없는 실험군보다 높은 함량으로 분석되었으며, 단양 품종의 경우 대조군과 유의적인 차이가 없는 것으로 분석되었다. 총 페놀 화합물 함량은 남도, 대서 품종은 실험군이 대조군보다 함량이 높게 분석되었으며, 의성과 단양 품종은 대조군이 실험군보다 높게 분석되었다. 무기물 함량은 모든 품종에서 대조군이 실험군보다 높은 것으로 분석되었으며, 줄기 유무의 저장방법에 따른 성분 변화에 영향이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구 결과에 따라 마늘 줄기 유무의 저장방법에 따른 마늘 성분의 손실과 현재 농촌 고령화를 고려하였을 때 마늘 줄기절단기를 활용하여 작업의 편의성 증대 및 인건비 감소에 도움이 될 것으로 판단된다.

45kW급 전자 제어형 승용 자주식 마늘수집기 포장성능시험 (Ⅱ)

강나래 ( Narae Kang ),김영화 ( Younghwa Kim ),이예슬 ( Yeseul Kim ),유승화 ( Seounghwa Yu ),남영조 ( Youngjo Nam ),권승귀 ( Seunggwi Kwon ),하유신 ( Yushin Ha ),박형규 ( Hyunggyu Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

마늘재배 기계화율은 평균 59.2%로 마늘재배 전과정 중 파종·정식과 수확작업의 기계화율은 각각 16.1%, 수확 39.2%로 미흡한 실정이다. 수확작업의 경우 수확 15∼20일 전 줄기절단작업을 진행하고, 트랙터 부착형 땅속 작물 수확기로 마늘을 굴취한다. 굴취한 마늘은 노지에서 건조과정 거친 후 수집작업을 하고 있으며, 수집작업은 대부분 인력에 의존하고 있어 많은 노동력이 소모되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 승용 자주식 마늘수집기 시작기를 이용하여 주행속도 및 이송속도에 따른 포장성능시험을 수행하였다. 포장성능시험에서 사용한 마늘수집기 시작기는 크롤러 타입으로 주행부와 수집부, 이송부, 선별부, 수납부로 구성되어 있으며, 수집부를 통해 수확된 마늘의 뿌리에 부착되어 있는 이물질을 이송부에서 분리하고, 아직 남아 있는 이물질은 선별부에서 보조작업자가 선별하여 수납될 수 있도록 설계·제작하였다. 포장성능시험은 남도마늘을 대상으로 경상북도 성주군 소재 농가포장에서 진행하였으며, 주행속도 3수준(0.2, 0.3, 0.4 m/s)과 이송속도 3수준(60, 70, 80 rpm)을 요인으로 수행하였다. 요인별 시험구간을 3 m로 설정하고, 3반복 진행하였으며, 성능분석은 마늘수집기 시작기로 수집되지 않고, 포장에 남아 있는 마늘을 조사한 손실률, 수집된 마늘의 찍힘, 쪼개짐, 멍 등을 조사한 손상률, 수집부에 담긴 마늘과 이물질 비율을 조사한 이물질 혼입률을 분석하였다. 손상률은 요인별 수집부에 담긴 마늘에서 임의로 30개를 선정하여 껍질을 제거하여 멍을 조사하였다. 성능시험 결과 주행속도 0.2m/s, 이송속도 70 rpm에서 손실률 1.54%로 가장 양호하였다.

45kW급 전자 제어형 승용 자주식 마늘수집기 포장성능시험 (Ⅰ)

이예슬 ( Yeseul Lee ),김영화 ( Younghwa Kim ),강나래 ( Narae Kang ),유승화 ( Seunghwa Yu ),남영조 ( Youngjo Nam ),권승귀 ( Seunggwi Kwon ),하유신 ( Yushin Ha ),박형규 ( Hyunggyu Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

마늘은 고추, 양파, 파 등 조미채소 중 재배면적의 두 번째를 차지하고 있는 중요 작물이다. 그러나 마늘의 재배면적은 2020년도 25,372 ha에서 2021년도 21,999 ha로 약 13% 감소하였으며, 생산량 또한 2020년도 363,432 톤에서 2021년도 308,532 톤으로 약 15% 감소하였다. 이러한 감소 원인은 인건비 상승, 수입 마늘 증가, 농가의 인구 고령화 등이 있다. 기계화율을 향상시키고 생산비 절감을 위해 승용자주식 마늘 수집기의 개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 45kW급 전자 제어형 승용 자주식 마늘 수집기 시작기를 투입하여 주행속도 및 수집속도를 요인으로 포장성능시험을 수행하였다. 경상남도 창녕군 효정리 소재 농가 포장에 시험포장을 조성하였으며, 마늘(품종 : 대서)을 대상으로 하였다. 마늘 수집기의 주행 및 수집속도에 따른 손실률, 손상률, 이물질 혼입률 등 주요 작업부의 작업성능 및 적정 작업 속도를 선정하였다. 주행속도 3수준(0.2, 0.3, 0.4 m/s), 수집속도 3수준(60, 70, 80 rpm)으로 시험 요인을 선정하고, 요인별 시험 구간은 3 m로 3반복 실시하였다. 시험 결과 주행속도 0.3 m/s, 수집부 회전속도 70 rpm일 때 수집성능은 손실률 5.98%로 가장 양호하였다. 요인시험에서 수집된 마늘과 흙, 줄기 등의 무게를 조사하여 이물질 혼입률을 분석하였다. 수확한 마늘은 요인별로 찍힘과 쪼개짐을 조사하였으며, 30개씩 무작위로 선별하여 마늘의 껍질을 제거하여 멍을 분석하였다. 주행속도별 수집부 회전속도 70 rpm에서 손상률이 1.11%로 가장 양호하였다. 목표성능인 마늘 손상률 3%미만, 수확률 95% 이상을 만족하는 주행속도 0.3 m/s, 수집속도는 70 rpm으로 판단하였다.