Theoretical Analysis and Performance Prediction of Axial-flow Rotary Separator = 軸流 回轉ㆍ選別裝置의 理論解析과 性能推定

국문 초록 (Abstract)

脫穀作業은 全般的인 穀物生産 作業體系中에서 차지하는 比重이 크고 많은 勞動力을 必要로 하는 作業으로써 오늘날 先進國에서는 콤바인의 穀物 收護·脫穀作業에 널리 利用되고 있으며 그 利用率이 急激히 增加하고 있는 趨勢이다. 現在 利用되고 있는 콤바인의 穀粒 選烈方式은 重力과 貫性에 依存하는 straw-walker 方式을 採擇하고 있는 바 이는 콤바인의 容量을 制限하는 主要因이 되고 있으며 또한 過度한 穀粒損失의 原因이 된다. 따라서 重力依存度를 낮게함과 同時에 여러가지 種類의 作物狀態에도 安定性이 있는 選別機 開發의 必要性이 壇顧되고 있는 實情이다.
Strow-walker 方式을 代替할 수 있는 選別機로는 選別作業에 遠心力을 利用하며 作物의 連續的인 移動을 可能하게 하는 軸流 回轉形 選別機를 들 수 있으며 이것은 憤行의 選別機에 比해 여러가지 長點이 있는 것으로 報告된 바 있다. 國內外의 많은 硏究가들에 依해 새로운 選別機 開發을 위한 여러가지 接近이 試圖되고 있는 바 理論的인 援近보다는 主로 實驗的이고 經驗的인 擺近을 通한 硏究가 盛行하고 있는 實情이다. 그러나 邏別戮內에서의 作物의 擧勳에 關與하는 因子들이 많기 때문에 實驗的인 援近方式으로는 作物擧勳에 關한 斷片的인 情報만을 얻을 수 있을 뿐이므로 作物의 擧勳을 槪括的으로 豫寮하기 爲하여서는 理論的인 擺近이 必要하게 된다. 따라서 本 硏究에서는 水平 圓錐形 軸流 回轉 選別機의 性能과 作物의 擧動을 理論的인 解析을 通하여 豫測하여 同 選別機의 設計要因을 分析하기 爲하여 遂行되었다. 본 硏究에서 分析된 選別機의 骨格은 크림프綱으로 된 圓錐形 選別綱과 그안에서 回轉 圓錐形 로우터로 되어 있으며 回轉로우터에는 作物에 回轉力을 주기 위한 級齒가 螺旋形으로 排列되어 있다.
本 硏究에서는 選別機 內에서의 作物의 移動에 關한 運動方程式과 짚으로부터 穀粒의 選別過程에 對한 方程式等이 誘導되었으며 컴퓨터 프로그램에 依하여 이 方程式들의 解를 求하였다. 이들 方程式의 解를 求하여 分析한 結果들은 供試된 圓錐形 選別機가 充分한 選別機能을 發揮할 수 있으며 圓錐角과 로우터의 回轉速度가 選別機內 作物滯留時間에 크게 影響을 미친다는 事實을 보여 주었다. 圓錐角이 20°以上인 境遇에는 回轉速度가 낮더라도 選別機內 作物滯留時間이 너무 짧아 選別機會가 줄어들기 때문에 圓錐角은 15°以內로 設計되어야 할 것으로 判斷되었다. 또한 選別效率을 向上시키기 爲해서는 作物의 軸方向速度를 制御할 수 있는 것을 選別綱 內部面에 附着하는 方法이 바람직할 것으로 思料되었다. 또한 選別綱을 로우터의 回轉方向과 같은 方向으로 回轉시켜 주면 選別效率을 높일 수 있으며 이 境遇 選別綱의 回轉速度가 로우터 回轉速度의 1/5程度일 때 選別效率이 가장 높은 것으로 나타났다.
아울러 分析된 圓錐形 選別機는 比較的 높은 濕度의 作物選別作業에도 適應性이 높을 것으로 思料되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study was to predict, by theoretical analysis, performance of the horizontal conical separator which has been predetermined. A horizontal conical separator which was designed and tested experimentally by Lee13) was analyzed in this study.
A theoretical analysis was made to derive the equation for the motion of the grain while in contact with the outer cone and the equation for the motion of the gain moving through the straw mat. Also, the equation of the probability of grain passage through the perforation of the sieve, which would be affected by the approaching angles of gain to the sieve, was developed.
The computer was used to simulate the crop motion and a series of runs was made to obtain predicting information on the separation performance for the different values of system parameters such as cone half angle, angular rotor speed, cone entrance radius, blade pitch and sieve-to-rotor speed ratio. In each run, the crop motion was simulated for several values of one parameter while other parameters were held constant.
Results from the computer simulation showed that the horizontal conical rotating separator was capable of subjecting the crop to the desired level of centrifugal acceleration, and that cone angle and angular rotor speed critically influenced crop dwell time within the separator. If the cone half angle were above 20 defee, the dwell time of the crop within the separator would be too short even at low rotor speed. The cone half angle, therefore, should be reduce to be1ow 15degree. Either attaching the helical blades to control the crop axial velocity or rotating the sieve in the same direction to the rotor would result the good separating efficiency. And the axial-flow separator was found to be suitable for the high moisture crops.