생분해성 포트의 수분흡수 정도에 따른 인장 및 압축강도 평가

이덕현 ( Deog Hyun Lee ),이준현 ( Jun Hyeon Lee ),칸파와드 ( Fawad Khan ),최경문 ( Gyeong Mun Choi ),문병은 ( Byeong Eun Moon ),시할라스타비사크 ( Thavisack Sihalath ),부젤아닐 ( Anil Bhujel ),아룰모지엘란제챤 ( Elanchezhian Arulmozhi ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

국내의 기계정식용 포트는 대부분 환경오염을 유발하고 재사용이 어려운 플라스틱 포트를 이용한다. 이러한 상황들로 여러 가지 재질의 생분해성 포트의 개발이 요구되고 있고, 이에 대한 연구가 이뤄지고 있다. 따라서 본 연구에서는 고지를 이용한 생분해성 포트를 절삭에 적합한 물리적인 특성을 파악하기 위해 수분흡수 정도에 따른 인장 및 전단강도를 측정하였다. 생분해성 포트의 물리적인 강도를 측정하기 위해 포트를 면으로 절단 후 이용하였으며, 육묘포트의 특성 파악을 위해 수분을 흡수한 포트, 수분을 흡수하지 않은 포트로 구분하여 인장 및 전단강도를 측정하였다. 수분을 흡수한 포트를 재현하기 위해 생분해성 포트를 30초 동안 물속에 잠수시켜 사용하였다. 실험에는 LLOYD사의 EZ20 물성실험기를 사용하였다. 인장강도 실험 설정은 전부하 5.6 N, 이송속도 100 mm/m, 이송거리 15 mm로 설정하여 측정하였다. 수분을 흡수하지 않은 상태의 인장강도는 평균 57.52 N의 강도로 나타났고 수분 흡수 상태에서의 인장강도는 평균 2.21 N의 강도로 나타났다. 전단강도의 실험 설정은 전부하 5.6 N, 이송속도 100 mm/m, 이송거리 40 mm로 설정하여 측정하였다. 수분을 흡수하지 않은 상태의 전단강도는 평균 91 N의 강도로 나타났고 수분 흡수 상태에서의 전단강도는 15.6 N의 강도로 나타났다. 생분해성 포트의 인장 및 전단강도는 수분 흡수 후 강도가 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 생분해성 재료인 고지의 특징이 수분에 약하다는 단점을 보여주는 예이지만, 추후에 토양 내에서 분해되어 흡수되는 과정에서 매우 유리할 것으로 판단된다.

기계정식용 생분해성 포토의 작물 생육 특성

이준현 ( Jun Hyeon Lee ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),최경문 ( Gyeong Mum Choi ),김응규 ( Eung Gyu Kim ),김태한 ( Tae Han Kim ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

국내에서 사용되는 기계정식용 포트는 대부분 플라스틱 포트를 사용한다. 하지만 플라스틱에 성질은 자연적으로 분해가 쉽게 이루어지지 않고 재활용이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 플라스틱을 대체할 수 있는 생분해성포트의 분해 및 작물 생육 특성을 알아보고자 한다. 자체 제작한 생분해성포트의 성분은 제지 슬러지와 피트머스를 주원료로 사용하였고 AKD와 습윤지력증강제를 첨가하여 72공 포트 만들어졌다. 본 실험은 일반 고추 묘목과 생분해성 포트를 사용한 고추 묘목을 정식하여 생육 실험을 하였다. 생육 6주 후 생분해성 포트를 사용한 묘목은 초장 985mm, 잎의 크기 620mm, 잎의 개수 66개이었으며 일반 묘목에서는 초장 985mm, 잎의 길이 620mm 잎의 개수 66개로써 큰 차이가 없이 생장하였다. 분해 결과로 최초두께 1.13mm에서 정식 6주째까지 분해가 진행되어 평균 두께가 57mm인 절반으로 줄어들었다. 또한, 뿌리 부분을 확인하였을 때 뿌리내림이 원활하게 이루어지는 것을 확인하였다. 이를 통해 플라스틱 포트 대체품으로 생분해성 포트를 사용하는 데 지장이 없는 것으로 판단된다.

베일러 쵸퍼의 절삭 성능 평가

문병은 ( Byeong Eun Moon ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),최경문 ( Gyeong Mun Choi ),쿠마르바삭자얀타 ( Jayanta Kumar Basak ),부젤아닐 ( Anil Bhujel ),칸파와드 ( Fawad Khan ),아룰모지엘란체쟌 ( Elanchezhian Arulmozhi ),자이후니무스타파 ( Mustafa J 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

작물을 생산, 가공 후 발생하는 폐기물의 불법적인 소각 및 방치, 투기는 토양 및 대기 오염의 한 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 농업 폐기물을 처리하고 재사용하여 자원 및 원료로 사용하는 옥수수대 폐기물 수거용 원형 베일러가 개발되었다. 옥수수대의 자원화 및 원료화 효율을 높이기 위해 작물을 최대한 많이 절삭, 수거하는 것이 중요하며, 이를 위해서는 옥수수대 절삭 높이 및 절삭 날, 속도가 많은 영향을 끼친다. 따라서 본 연구에서는 절삭 날인 쵸퍼의 각도와 회전 속도, 그리고 주행속도를 이용하여 옥수수대 조건별 작물 절삭 성능을 평가, 분석하였다. 실험장치는 제어 및 전원부, 차폐/가드부, 전동모터, 절삭부(로터 및 쵸퍼), 작물 이동용 베드로 구성하였다. 작물은 베드를 통해 이동하며 절삭부의 절삭 날에 의해 절삭된다. 제어부에서 베드의 이동속도와 절삭 날의 회전 속도의 설정이 가능하다. 지면의 흙이나 다른 불순물들이 같이 베일링될 경우, 자원화 및 원료화의 효율성이 낮아지기 때문에 쵸퍼의 절삭 성능 분석을 위해 쵸퍼의 측정 높이는 지면으로부터 약 3 cm 이상, 5 cm에 가장 가까운 값을 가졌을 때 최상의 절삭 환경이라 판단하였다. 실험은 쵸퍼의 각도(30°, 45°, 60°) 및 회전속도(1,100, 1,750, 2,250 rpm), 이송대의 이동속도(2.5, 5.0, 7.5 km/h)의 변수로 실험을 실시하였다. 쵸퍼의 각도가 45˚, 회전속도는 2,250 rpm, 이송대의 이동속도는 7.5 km/h일 때 평균적으로 절삭 길이가 짧았다. 따라서 쵸퍼의 각도는 45˚, 쵸퍼의 회전속도는 2,250 rpm, 이송대의 이동속도는 7.5 km/h일 때 최상의 절삭 환경이라 판단된다.

고설 재배용 전동식 관리기 개발에 따른 로터리 칼날 안정성 검토

이준현 ( Jun Hyeon Lee ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),최경문 ( Gyeong Mun Choi ),강동훈 ( Dong Hun Kang ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

국내에서 딸기 고설 재배에서는 배드의 두둑 성형, 로터리, 멀칭 등을 작업자가 수작업으로 수행하고 있으며 이로 인해 인력 부족, 수확비용 등에 문제를 해결하는 것이 시급하다. 따라서 경작 작업을 한번에 할 수 있는 고설 재배용 전동식 관리기를 개발하고자 한다. 고설 재배 배드의 평균 설치 규격은 80 ~ 100 cm로 작업자의 허리에서 팔꿈치 정도의 높이로 배드 위에 기계를 사용할 시 기계의 안정성이 매우 중요하다. 본 연구는 고설 재배용 전동 관리기 개발을 위해 수행되었으며 고설재배용 전동기의 안정성 검토를 목표로 한다. 전동 관리기를 작동시킬 때 로터리 칼날의 고유진동수와 이물질에 의한 로터리 칼날의 파괴를 Dassault Systèmes 사의 솔리드웍스 프로그램을 이용하여 분석하였다. 전동 관리기는 1마력의 전기모터를 사용하며 로터리 칼날 속도는 최대 700 rpm을 낼 수 있으며 재질은 Alloy Steel을 사용하였다. 로터리 칼날은 계속해서 회전을 하며 이로 인해 공진에 의한 파괴를 고려하여야 한다. 따라서 솔리드웍스 프로그램을 이용하여 로터리 칼날 샤프트의 베어링 지지를 지정하여 고유진동수를 측정하였다. 경운 날이 작업 중 충격하중이 가해진 상황을 해석하기 위해 동력을 전달 시 효율이 100 %라고 가정을 하였다. 토크를 이용하여 충격하중 14.76 kgf의 값을 구하였으며 안정성 검토를 위해 한 쌍의 칼날에 2배, 4배, 6배의 충격 하중을 주어 가해진 응력을 측정하였다. 해석 결과 최대 von Mises stress는 각각 166.37, 330.68, 494.43 Mpa로 칼날 안쪽에서 발생하였으며 칼날 면에서는 최대 1550 Pa의 von Mises stress이 도출되었다. Alloy Steel의 항복강도가 620.00 MPa로 칼날 면에 대해서는 충분한 안전계수를 가졌으나 칼날 안쪽에서 최대 안전계수가 1.25로 도출되어 다소 보완되어야 한다고 판단되며 칼날 안쪽을 보강하여 제작하여 한다고 사료된다. 시뮬레이션 결과 평균 754.20 Hz에서 공진이 일어났으나 로터리 칼날의 최대 회전 속도는 116.62 Hz로 설정되어 칼날의 공진 현상은 나타나지 않고 안전할 것으로 판단된다.

농업용 난방기 사용 시간에 따른 온실가스 배출량 분석

김나은 ( Na-eun Kim ),이건호 ( Gun-ho Lee ),이덕현 ( Deog-hyun Lee ),칸파와드 ( Fawad Khan ),문병은 ( Byeong-eun Moon ),최경문 ( Gyeong-mun Choi ),김현태 ( Hyeon-tae Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

1992년 UNFCCC는 모든 해당 국가들의 국가 온실가스 인벤토리 작성을 원칙으로 의무화하고 있다. 우리나라는 2010년부터 저탄소 녹색성장 기본법에 따라 온실가스 인벤토리 보고서를 작성하고 있고 기후변화 관련 협약에 따라 국가 전체적으로 감축해야 하는 목표가 설정되었다. 우리나라는 총 276.5백만 톤 중 농축산부문이 1.6백만 톤을 감축하여야 한다. 이를 달성하기 위해서는 농업 부분에서 온실가스의 정확한 발생량을 조사할 필요가 있어 본 실험을 수행하였다. 본 실험의 장소는 경상대학교 부속농장 내 딸기 온실의 농업용 난방기를 대상으로 진행하였다. 난방기의 배출구에서 나오는 가스를 포집하였으며, 포집 시점은 난방기의 점화 직후, 점화 1분 30초 후, 점화 3분 후 총 3번 포집을 하였다. 포집 후 가스 분석은 가스 크로마토그래피 기기(agilent technologies 7890B)를 사용하여 분석을 수행하였고, 분석 가스 항목은 이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH₄)이다. 분석 결과, 난방기의 점화 직후와 1분 30초 대의 온실가스 배출량이 이산화탄소가 158~240 ppm, 메탄이 0.13~0.50 ppm으로 상대적으로 배출량이 많고 변화 폭이 컸으며, 그 후 배출량은 이산화탄소가 157~147 ppm, 메탄이 0.12~0.14 ppm으로 배출량이 적고 변화 폭이 적었다. 이를 통해 난방기의 점화 직후에서 1분 30초 사이의 온실가스 배출량이 가장 많고 그 후 기계의 안정화가 이루어져 변화폭이 적고 온실가스 배출량이 상대적으로 적게 나타났다.

파프리카의 생육을 위한 환경제어 조건 해석

김나은 ( Na Eun Kim ),이경근 ( Kyung Geun Lee ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),부젤아닐 ( Anil Bhujel ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

최근 농·림·축·수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보 통신 기술(ICT)을 접목하여 지능화된 농업시스템인 스마트팜(Smart Farm)이 각광받고 있다. 그러나 실제 농가에서는 작물별 온실 환경 제어 기준의 부재로 인한 생육 조건 설정의 어려움이 있어 대다수의 농가들이 스마트팜 방식을 채택한 것은 아니다. 따라서 본 연구에서는 스마트팜의 효율적 활용을 위한 기술 표준화 전략을 수립하기 위해 생육 및 환경데이터를 활용하여 우선순위 제어 조건을 설정하였다. 온실은 경남 함안지역의 파프리카 재배 온실로 반경 스마트팜 온실 3곳을 대상으로 하며, 파프리카의 초장(cm), 엽수(개), 엽길이(cm), 엽폭(cm), 줄기굵기(mm), 개화마디(개), 착과마디(개), 착과수(개) 등의 생육 데이터를 직접 수집하였다. 환경데이터는 복합환경제어기 (GK-3000, Shinhan A-Tec Co., Ltd., Korea)를 이용하여 온실 내 평균온도(°C), 상대습도(%), CO₂ 농도(ppm)를 측정하였으며, 측정 기간은 4월 7일, 4월 15일, 4월 21일, 4월 28일로 주 1회, 총 4주간 측정하였다. 수집된 데이터는 단순회귀분석을 통해 환경요인이 생육에 미치는 영향을 분석하였다. 분석한 데이터 중 높은 상관관계가 보였던 데이터는 엽면적과 온도 변량 값, 엽면적과 일 평균온도 값 두 가지 항목이다. 엽면적-온도 변량 값은 y₁= 0.0989-0.0111x (R²=0.99), 엽면적-일 평균온도 값은 y₂= -0.1142 + 0.0077x (R²=0.99)의 상관관계(상관계수)로 각각 분석되었다. 그리고 환경 관리는 온도가 22.6°C일 때 생육성적이 가장 높았고, 습도는 50.1%일 때, CO₂ 농도는 563.3 ppm일 때가 생육성적이 가장 높게 나타났다. 엽면적 외에도 초장, 엽수, 줄기굵기 등을 분석한 결과에 따라 복합환경제어 우선순위는 온도, 상대습도, CO₂ 농도순이었다. 조사대상 온실의 생육 값을 고려할 때 온도 관련 제어 우선순위를 설정하고 상대습도와 CO₂ 농도는 개화, 수정, 병해충, 온실의 기밀성 등 생육 값 이외 고려사항을 참고해서 설정하는 것이 스마트팜 내 최적 생육 조건을 조성할 수 있는 방법이라 판단된다.

온실 내 환경데이터 분석을 통한 파프리카 온실의 식별

김나은(Na-eun Kim),이경근(Kyoung-geun Lee),이덕현(Deog-hyun Lee),문병은(Byeong-eun Moon),박재성(Jae-sung Park),김현태(Hyeon-tae Kim) (사)한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.1

Ni계 Deloro 50합금의 고하중 Sliding 마모거동에 미치는 마모환경의 영향

최진호,최세종,김준기,김용덕,김학수,문주현,백하충,이덕현,김선진,Choi, Jin-Ho,Choi, Se-Jong,Kim, Jun-Gi,Kim, Yong-Deog,Kim, Hak-Soo,Mun, Ju-Hyun,Baek, Ha-Chung,Lee, Duck-Hyun,Kim, Seon-Jin 한국재료학회 1998 한국재료학회지 Vol.8 No.12

Ni계 경면합금인 Deloro 50의 마모거동을 15ksi와 30ksi 접촉응력하의 여러 마모조건에서 조사하였다. 상온대기중에서 Deloro 50는 15ksi 응력에서도 극심한 응착마모가 발생하는 매우 낮은 마모저항성을 보였는데 이는 fcc 결정구조를 갖는 Deloro 50 기지상의 경도와 가공경화율이 strain-induced 상변태를 이웅한 hcp 결정구조의 Stellite 6보다 낮기 때문으로 생각된다. 상온 수중에서 Deloro 50는 15ksi 응력에서 Stellite 6와 비슷한 마모저항성을 보였는데 이는 물이 미세요철간의 금속간 접촉을 억제하였기 때문으로 생각된다. 그러나, 30ksi의 높은 접촉응력에서는 상온 대기중길 같은 응착마모가 발생하는 것으로 보아, 30ksi의 높은 응력에서는 물의 응착마모 억제 효과가 없었기 때문으로 생각된다. $300^{\circ}C$ 대기중에서 Deloro 50는 30ksi의 높은 접촉응력에서도 Stellite 6보다 우수한 마모저항성을 보였는데 이는 고온에서 마모시 생성되는 복합산화물층이 효과적으로 금속간 접촉을 방해하여 응착마모를 억제하였기 때문으로 생각된다. The sliding wear behavior of Ni-base hardfacing alloy, Deloro 50, was investigated at the contact stresses of 15ksi and 30ksi under the various wear environments. In air at room temperature, Deloro 50 showed lower wear resistance than Stellite 6 even at 15ksi due to the occurrence of severe adhesive wear. This seems to be caused by the lower hardness and work- hardening rate of Deloro 50 than those of Stellite 6. In water at room temperature, Deloro 50 showed as good wear resistance as Stellite 6 at 15ksi. It was considered to be due to that water could effectively prevent metal to metal contact through contacting asperities. However, Deloro 50 showed severe adhesive wear at 30ksi in water at room temperature. It seems to be that the water could not suppress adhesion wear at 30ksi. At $300^{\circ}C$ in air, Deloro 50 exhibited higher wear resistance than Stellite 6 even at 30ksi. It was considered that the oxide glaze layers formed on wear surface during sliding, effectively prevented direct metal-to-metal contacts.

AI를 적용한 농기계 이력/운행 데이터 분석을 위한 데이터셋 항목 개발

김태민 ( Tae Min Kim ),박재성 ( Jae Sung Park ),문병은 ( Byeong Eun Moon ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

4차 산업혁명 시대로 진입하며 기존의 전통적인 농기계는 ICT 기술이 접목된 자율주행 및 정밀농업 기반의 농기계로 발전하고 있다. 국내 농기계는 매년 각 지자체의 읍·면·동 담당자에 의해 전수 조사가 이루어지고 있는 실정이지만, 사용에 관한 이력 관리가 제대로 이루어지지 않기 때문에 각 농기계에 배정된 면세유를 농업용 이외의 용도로 사용하는 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 농기계를 등록하여 관리하게 되는 경우, 농업인의 재산권 행사 가능 및 농기계 손실 방지, 소유자 증명이 가능해지고 농업기계 사용 이력의 추적에 용이하며 농림부, 농협, 지자체 등의 면세유, 금융 지원 정책 지원의 효율 및 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 블록체인을 통해 농기계 사용 이력에 대한 정확한 관리가 이루어진다면 사용량에 따른 면세유 판매가 가능해진다. 따라서 본 연구에서는 농기계가 작업 또는 주행 중인지 판별해 낼 수 있는 인자들을 설정하였으며 이를 토대로 AI 분석을 위한 데이터셋 항목들의 기준을 정립하였다. 데이터셋 항목은 작업 위치 및 유형, 형태를 기준으로 설정하였다. 전체 항목 중 트랙터 출력은 쟁기작업에서 약 9.4~22.7 kW, 마른로타리 작업에서 10.6~17.3 kW, 무논 로타리 작업에서 15.8~21.1 kW, 무논정지 작업에서 9.2~15.0 kW 범위로 설정하였다. 트랙터 연료소비율은 쟁기작업에서 0.33~0.36 L/kW·h, 마른 로타리 작업에서 0.30~0.45 L/kW·h, 무논 로타리 작업에서 0.19~0.34 L/kW·h, 무논정지 작업에서 0.28~0.39 L/kW·h 범위로 나타났다. 이러한 항목들을 바탕으로 최종적으로 높은 신뢰도를 가진 블록체인 플랫폼을 설립함으로써 농기계 실시간 데이터를 수집 및 응용하여 정부 및 민간 수요에 맞는 농산업 서비스를 제공하는 기술을 개발했다.

무창기공형 집열기 내 잉여 에너지의 축열을 통한 축사 난방 효율 평가

문병은 ( Byeong Eun Moon ),쿠마르바삭자얀타 ( Jayanta Kumar Basak ),아룰모지엘란제챤 ( Elanchezhian Arulmozhi ),이준현 ( Jun Hyeon Lee ),이덕현 ( Deog Hyun Lee ),시할라스타비사크 ( Thavisack Sihalath ),김현태 ( Hyeon Tae Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

축사 내 무창기공형 집열기의 적용은 겨울철 환기 및 구조적 에너지 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 실내 공기 질 또한 개선할 수 있는 좋은 해결책이다. 그러나 특정기간 내 발생하는 열에너지는 오히려 축사내부를 과열시키는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 축사 내 무창기공형 집열기의 적용 시 발생하는 초과 열에너지의 저장 및 활용을 위해 잠열축열재를 적용하여 축사 내부온도 변화 및 축열 시스템의 열 성능을 각각 분석하였다. 실험은 경상대학교 내 실험돈사에서 수행되었으며, 무창기공형 집열기는 실험돈사 남쪽 벽면 내 10 m2의 넓이로 설치하였다. 축열 시스템은 돈사 내 집열기가 설치된 남쪽 벽면에4.08 m2의 넓이로 설치하였으며, 실험에 사용된 잠열축열재는 Na2SO4ㆍ10H2O로 총 91.98 kg을 설치하였다. 실험기간 동안 집열기 내부온도는 일 중 외기온 대비 약 35℃ 높은 최고 65℃까지 상승하였으며, 일사량과 집열기의 효율은 비선형 상관관계를 확인하였다(R2 = 0.58). 집열기 내부에서 발생하는 초과 에너지의 축열 및 방열을 통해 실험기간 동안 평균 축열 시간은 약 5시간 50분, 평균 방열시간은 약 2시간 33분으로 측정되었다. 또한, 축열 시스템 내 축열에 따른 공급 공기의 최고 온도는 최고 약 30℃ 감소한 것으로 측정되었으며, 방열 직후 공급 공기의 온도는 약 10℃ 상승하였다. 일사량과 UTC 내 에너지 발생량(R2 = 0.96) 및 일사량과 축열 에너지(R2 = 0.87)의 비선형적 관계를 각각 검증하였다. 실험기간 동안 집열기 내 평균 에너지 발생량은 약 13,548.21 kcal/day, 평균 축열 및 방열 에너지는 약 7,739.78 kcal/day, 1,793.47 kcal/day로 각각 측정되었다.