텔레핸들러의 기술수준 및 시장 분석

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ),김중호 ( Joongho Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

텔레핸들러(telehandler)의 농업용 관련특허는 57건이 검색되었는데, 미국 35건(61.4%), PCT 13건(22.8%) 및 EU 9건(15.8%)이다. 이 중에서 핵심특허는 8건(US12339750(System for recovering or converting energy for equipment having a movable implement and method) 및 US11890 332; PCT008748; EU08794559.8; US12386565; EU08780222.9; PCT00 8704; US14088856(Extendable frame work vehicle))으로 효율향상과 구조·방법에 관한 것이 대부분이다. 또한 본체와 부착작업기 관련하여 제어 용이, 편리성·안정성, 비용절감 및 효율향상 등의 공백기술 개발은 충분할 것으로 판단된다. 2017년 세계 건설장비시장은 1,920억 USD인데, 주요 9개사에서 942.5억 USD(49.1%)를 점유하고 있다. 업체별로는 Caterpillar 266.4억 USD(13.9%), Kamatsh 192.4억 USD(10%), Hitachi 83억 USD(4.3%) 및 Volvo CE 78.1억 USD(4.1%) 순이며, 한국기업 Doosan Infracore 는 62.3억 USD(3.2%), 농기계 세계매출 1위 Deere 57.2억 USD(2.98%)를 점유하고 있다. 대수기준으로는 연간 89.4만 대가 공급되었는데, 북미 17.6만 대, 중국 14.7만 대, EU 13.3만 대, 일본 7.2만 대, 인도 5.4만 대 및 기타 21.5만 대 수준이다. 또한 L&H시장(lifting & handling equipment market)은 2016~2020 전망에서 3.5%, 이 중에서 텔레핸들러 시장은 CAGR 5.92% 성장을 예상하고 있다. L&H시장은 crane·lifting frame (18.1%), work truck(17.9%), conveyor·elevator(10.7%), lift·skip hoist (6.7%), capstan·winche(4.3%), hoist·jack(4.3%), escalator·moving walkway (1.8%), pneumatic conveyor·elevator(1.1%), pulley tackle·hoist(0.8%), ski-lift, chair-lift·teleferique(0.3%), others(12%) 및 parts(21.9%)의 구성으로 분야가 다양하다. 일반적으로 농업용으로 적용이 가능한 텔레핸들러는 인앙력 기준으로 0.2~6톤 정도인데, 농업용 트랙터 제조사에서는 주로 베일작업용으로 생산하고 있다. 대표적으로 CLAAS(Scorpion-series; 136~156 ps), CASE-IH(Farmlift-series; 133~146 ps), Massey Ferguson (TH-series; 100~130 ps) 및 New Holland(LM-series; 20~45 ps)에서 생산되고 있다. 세계 텔레핸들러 시장은 Manitou 등 주요 10~15개사를 중심으로 경쟁하고 있는데, 국내는 산업용을 중심으로 Caterpillar 제품이 공급되고 있다. 해외에서 유통되는 텔레핸들러의 주요 최대사양으로 인앙력 1.4~6톤, 인앙높이 3.1~17.3m, 동력 57~156ps 범위로 조사되었다.

간척지의 담수화 기술연구를 위한 현황 분석

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

일반적으로 간척지 개발의 목적은 네덜란드, 일본 등의 농지, 싱가포르, 마카오 등의 택지 및 아랍에미리트, 사우디아라비아 등의 휴양관광 부지 확보로 대별된다. 식량증산을 목적으로 시작된 우리의 간척지 개발은 서남해안의 리아스식 해안에 집중됐다. 8,570ha의 새만금을 포함하여, 1945년 이후 현재까지 간척면적은 186,400ha에 달한다. 서해안 해수는 염분 32-33의 표준해수(퍼밀 32-33‰)인데, 간척지의 벼 생산성은 일반농지의 86.1%, 생산비용은 112% 수준이다(mafra, 2014). 또한, 간척지에서 수로형태에 따른 제염으로 벼의 정상생산수량지수 도달 시기는 5-10년이다(RDA, 1978). 간척지에서 빗물저장시설의 이용은 연 강수량의 50-60%가 집중되는 하절기에 가능한데, 연중 강우량은 중부지방 1,200-1,500mm, 남부지방 1,000-1,800mm이다(KMA, 2019). 대표적으로 간척지인 영산강권역(영암/미암)은 연평균(2016-2007) 경지면적 1,551ha에서 20,809천m3의 농업용수 이용량(유효우량 포함, 논 87.5%, 밭 11.8%, 축산 0.7%)을 보였고(WAMIS, 2019), 종관기상관측(해남) 연평균 강우량은 1,329mm이다(KMA, 2019). 최근 개발 중인 새만금 간척지를 대상으로 시설원예 구축을 검토하면, 농업용수는 유입되는 만경강과 동진강의 수질이 금강의 BOD5, 1.2-1.4mg/L에 비해 1.5-8.8mg/L으로 매우 높으며(me, 2019), 시설작물에 공급하기에는 높은 수준의 정화가 필요한 것으로 판단된다. 여기에서 시설작목별 소요용수량 32-132톤/ha·day(딸기 32, 가지 40.5, 토마토 96, 파프리카 105, 오이 120, 고추 132)을 작기별로 분석하면, 소요용수량은 6,400-38,280톤/작기·ha(딸기 6,400, 가지 13,365, 오이 15,600, 토마토 28,800, 파프리카 34,650, 고추 38,280)인데, 용수 값은 상수도(공업용) 기준으로 4.3-25.8백만원/작기 70%·ha(딸기 4.3, 가지 9, 오이 10.5, 토마토 19.5, 파프리카 23.4, 고추 25.9)로 산출된다(saemangeum, 2019). 새만금 토지이용계획(안)에는 시설원예단지 3,055ha(농업용지의 35.7%)가 적용되어 있는데, 높은 수준의 수질이 필요한 시설단지의 농업용수는 해수 혹은 염지하수의 담수화 이용이 적합한 것으로 판단된다. 새만금 간척지 지하수를 이용하려면 담수화기술을 적용하여, 상당 수준의 염분을 제거(지하 20m, 퍼밀 24%)하거나, 혹은 저염도 지하수의 생산(지하 200m 이상, 퍼밀 5%)으로 염분 제거가 필요하다(본 결과물은 전주대학교 농생명융합연구소의 재원으로 지원(과제번호 46190009)에 의해 이루어진 것임).

승용형 자주식 대파수확기 개발: 시작기(Ⅰ)

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ),김재동 ( Jae-dong Kim ),하창섭 ( Chang-seop Ha ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

대파는 국내에서 대표적인 조미채소류로 35천 농가에서 10,504 ha를 재배하고 있다(농촌경제연구원, 2017). 대파 생산비 중 고용노력비의 비중이 17%이고, 자가노력비를 포함하면 54.5%로 절대적인 노동집약적인 품목이다(2016년 농축산물소득자료집, 농촌진흥청 2017). 경영비 중에서 농기계·시설임차료가 0.1% 수준에 불과하여 기계화 미진행 상태임을 반증하고 있다. 작업단계별 노동투하시간 분석결과, 수확공정에 42.1시간(총 노력시간의 32.8%)이 소요되는 것으로 분석되었다. 즉 수확작업은 대파재배 전체 작업에서 가장 노동 집약적이고 높은 경비를 차지하는 바 수확작업의 기계화가 시급하다. 대파수확기는 트랙터 부착 견인형 수확기와 궤도식 승용 자주식 수확기로 개발되어 왔다. 본 연구팀에서 트랙터 견인형 대파수확기가 개발한 바 있으나, 농촌의 고령자와 부녀자의 운전상 어려움으로 인해 수확기 및 작업체계의 개선이 필요한 것으로 판단된다. 승용 자주식 대파수확기는 동력원, 주행부, 굴취부, 토양분리장치, 이송부, 수집부로 구성하였다. 국내산자탈형 콤바인(4조식)의 엔진(73 ps/ 2,100 rpm), 유압구동장치와 주행부를 이용하고, 예취부와 탈곡·선별부를 제거한 후 주요 수확작업 장치를 탑재한 형식으로 설계 제작하였다. 주행부는 궤도형(폭 450mm)이고, HST 변속기이므로 주행속도를 0∼1.6m/s 조절이 용이하다. 굴취부는 대파의 원활한 수확과 손상이 적도록 두둑을 파쇄해주는 2개의 원판형 쟁기와 경사진 사각형 날을 채택하였고, 토양분리장치는 철재 막대를 활용한 컨베이어형 벨트와 뿌리부의 흙을 털어내는 소형 탈곡통으로 구성하였다. 수확된 대파 줄기를 부드럽게 잡고 수확기 후반부로 이송해주는 이송부는 평벨트에 부드럽고 내구성이 있는 우수한 poly choroprene 고무벨트를 부착하여 제작하였다. 각 부위의 작동과 속도조절은 유압모터와 유량밸브를 이용하였다. 수확기 후방부에 수평이송벨트와 컨테이너상자(1500(W)×1000(L)×1310(H))를 설치하여, 작업자가 이송부 하단부의 수평벨트부에 낙하하는 대파를 모아 수확기 후방의 컨테이너 상자에 담는 작업방식이다. 강원도 평창군 용평면 대파포장에서, 시작기를 이용하여 수확한 결과, 주행속도 1.0∼0.2m/s에서 원활한 수확이 가능함을 확인하였다.

자주식 대파수확기의 수확 품질기준 설정

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

2016년 식품산업 원료소비 실태조사에 따르면, 국내 식품제조업체에서 사용하는 농축수산물원료는 1634만 톤이며, 이 중 국산은 31.5%에 불과하다. 식품제조업체의 낮은 국산비율은 수입산 대비하여 가격 81.7%, 대량납품 31.1%, 비 선호 20%로 분석된다. 또한, 도시민의 우리 농산물 구매 충성도는 하락 추세인데, 가격이 싸고 품질이 담보되면 수입 농산물을 구매할 의향이 높아짐을 확인하였다. 2016년 냉동채소는 185,823천 USD 규모로 수입되었는데, 냉동대파는 외식산업을 중심으로 급속히 증가하고 있고, 주로 중국에서 수입되고 있다. 대파는 고함수율로 신선도 유지 때문에 대부분 수확과 동시에 출하되는데, 농촌진흥청에서 제시하는 상품성이 높은 파의 분류방법은, 크기와 굵기가 일정한 것끼리 잘 골라서 묶은 것, 잎 끝부분이 시든 것 없이 진한 녹색으로 부드러우며, 연하고 탄력 있는것, 소매상에서 재선별이 필요치 않은 것, 연백부의 육질이 좋고 치밀하며, 유연하고 곧고 길고 굵은 것, 분얼(외대파) 없이 곧은 것으로 일정한 것, 겉잎을 제거하여 연백부가 깨끗하며, 묶음의 뿌리부근이 가지런할 것으로 구분한다. 현재 출하의 45~50%는 산지선별 및 단 작업 후 출하하고, 50~55%는 단 작업 없이 출하하여 도시 작업장에서 다시 선별하여 단 작업 후 소비지로 보내진다. 또한, 농산물 표준규격 표준거래단위는 5kg, 10kg로 명시됐으나, 등급규격은 없는 상태이다. 진도군(최대산지, 수확면적 1,302ha (전국 재배면적의 18.5%)의 진도대파 품질기준에서 생산기준(재배, 수확·선별, 시설)과 품질기준(등급, 포장, 표시) 등으로 집중 관리하는데, 등급 기준에서 길이(뿌리를 제외한 연백부의 길이)는 대(30cm 이상), 중(20cm 이상), 소(20cm 이하)를 기준으로 구분·호칭하고 있다. 포장은 단 묶음 (1kg) 10개씩 골판지 박스 포장하고 있다. 전체적으로 자주식 대파수확기의 개발방향 및 이를 이용하여 수확하는 대파의 품질기준은 작업정도는 굴취률이 95% 이상, 수확작업 손상률은 5% 이하, 안정기준은 안정성시험 충족 및 운용 중 제반안전사고가 없고, 품질기준은 수확 중 대파에 손상이 가해지지 않도록 한다.

텔레핸들러 운전·조작부의 인간공학적 분석

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ),김중호 ( Joongho Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

텔레핸들러 주요 사용자로 예상되는 한국인 50대 남성의 평균 인체지수 데이터를 적용하면, 최대작업영역 740mm(팔길이 556mm, 손길이 185mm 고려), 정상작업영역 425mm임. 이에 따라 운전석의 설계는 어깨관절 중심점에서, 정상작업영역에는 운전대, 주요 레버 등 작업 조작부를 350~425mm 거리에 배치함. 최대 작업영역에는 스위치 등 작업보조 조작부를 550~740mm 거리에 배치함. 작업의 효울성 및 편리성 측면에서 적용되는 최대면적은 반원 형태의 평면적 구간으로 정상작업영역 91,303mm2, 최대작업영역 90,163mm2 정도임. 이때 영역별로 배치되는 운전·조작 도구는, 정상작업영역에 운전대, 주요 작업레버, 좌석조정장치, 각종 지시등 조작레버 등이며, 최대작업영역에 작업 및 작업보조 스위치 등인데, 작업자가 인체지수에 맞게 최대 5% 범위에서 유격조절이 가능토록 설계함. 유지보수측면에서 OWAS 평가표에서 작업성 평가는 농업인 50대 남성 어깨높이 1,362mm 등 인체지수를 적용함. 유지보수 요소가 집중적으로 분포하는 본체 후차축 중심 748mm부터 흙밭이 커버 1,584mm 사이에 대해서 몸을 밀착한 상태에서 평가는 『가장 좋다 혹은 비교적 좋다』로 평가됨. 이는 대부분 작업이 정상작업영역(650∼1,500mm 범위)에 포함되는 것으로, 설계된 텔레핸들러는 수리·보수·점검 측면에서 운용에 문제가 없는 것으로 판단됨. 그러나 3점 히치 등의 탈부착에 허리를 굽히는 자세가 동반되나 지속·반복 작업이 아니고, 유지·보수 요소가 적음으로 종합적으로 는 문제가 없을 것으로 판단됨. 정상작업영역의 상한은 GL+1,500mm(팔꿈치 높이 +425mm), 최대작업영역 하한은 GL+650mm(팔꿈치 높이 -425mm)인데, 적용되는 기본개념은 다음과 같음.(본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 지원(No. 318095-03)에 의해 이루어진 것임).

승용 자주식 대파수확기 개발: 재배양식조사

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

대파는 국내에서 대표적인 조미채소류로 35천 농가에서 10,504 ha를 재배하고 있다(농촌경제연구원, 2017). 2015년 수확면적 기준으로 대파 수확 농가수는 경기 21.7%, 전남 16.3%, 광역시 14.9%, 충남 10% 등의 구성되고, 수확면적은 전남에 43.2%로 집중되고 경기 14.3%, 광역시 9.1% 등의 분포를 보였다(통계청, 2018). 대파 재배농가의 10a당 총수익은 4,084천원이고, 경영비 1,504천원(37%)과 소득 2,580천원(63%)으로 구성되고, 생산비 중 고용노력비의 비중이 17%이고 자가노력비를 포함하면 54.5%로 절대적인 노동집약적인 품목이다(2016년 농축산물소득자료집, 농촌진흥청 2017). 즉 경영비 중에서 농기계·시설임 차료가 0.1% 수준에 불과하여 기계화 미진행 상태임을 반증하고 있다. 작업단계별 노동투하시간을 분석하면, 수확공정에 42.1시간(총노력시간의 32.8%)이 소요되는 것으로 분석되었다. 즉 수확작업은 대파재배 전체 작업에서 가장 노동 집약적인 작업인 동시에 가장 높은 경비를 차지하는 바 수확작업의 기계화가 시급하다. 대파수확기는 크게 트랙터 부착 견인형 수확기와 궤도식 승용 자주식 수확기로 개발되어왔다. 국내에서는 본 연구팀에서 트랙터 견인형 대파수확기가 개발된 바 있으나, 농촌의 고령자와 부녀자의 운전상 어려움으로 인해 개선이 필요한 것으로 평가되고 있다. 따라서 이 연구에서는 승용 자주식 대파수확기 개발을 목표로, 대파 재배의 대량수확 체계구축을 전제로 하고, 재배환경(재배양식, 두둑형상, 선회반경) 요인 분석하고. 또한 농기계 임대사업 등 공동사용과 고령 농업인 및 부녀자가 쉽게 사용이 가능하도록 승용형·경량화· 간편화를 설계에 반영하여 개발하고 있다. 국내 대파 재배는 신안·영광·이천 등을 중심으로 하는 노지재배와 진도를 중심으로 하는 멀칭재배로 대별되고, 일반적으로 재배 중에 3~5회의 복토(북주기) 작업을 통해 연백부를 늘려 상품성을 높이고 있다. 1년차 연구에서는 수확기의 작업속도와 굴취부 설계요인을 도출하고자 대파 주산지(경기 이천, 전남 신안과 진도)의 재배양식(조간, 주간, 두둑 폭과 높이)을 조사하였다. 진도에서는 둥근두둑 1조와 평두둑 2조 비닐피복을 채택하고 있는데 비해, 신안과 이천은 둥근두둑 1조 무피복을 채택하고 있다. 진도의 평두둑은 두둑폭 120 cm에 좌우로 각각 2조씩(조간 20 cm) 전체 4조를 정식하고, 복토를 할 때 두둑 중간의 비닐을 찢은 후에 관리기로 북주기를 한다. 둥근두둑의 조간은 60~70 cm이고, 주간은 모든 재배양식에서 10~12 cm로 조사되었다. 둥근두둑 재배는 수확기 적용에 적합한 양식이고, 더욱이 국내 전 지역에서 표준화되어 있어 기계화가 용이할 것으로 판단된다. 그러나 평두둑은 기계 작업이 곤란한 양식으로서, 수확기 사용을 위해서는 표준재배양식으로 전환이 필요하다.

대파 인발력 및 물리적 특성 측정시험

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

농업인 대파수확기 수확부의 인발벨트가 대파에 가하는 힘의 표준을 설정하기 위해 대파 인발력 및 물리적 특성을 측정하였다. 2018년 6월에 정식기(죽암, 1조)를 이용하여 정식된 대파 재배포장에서 실시하였고, 조간은 70 cm, 두둑폭 400±500 mm, 고랑폭 300±20 mm, 두둑높이 200±30 mm이었다. 시험은 2019년 3월 8일과 3월 22일에 전남 신안근 자은면 백산리소재 2개 포장에서 무작위로 60개 대파를 선정하여 인발력과 토양상태(함수율, EC, 온도)를 측정하였고, 또한 인발(수확)한 대파의 총길이, 엽초부 길이, 연백부 길이 및 두께(연초부와 연백부의 경계), 대파 낱개의 무게를 측정하였다. 인발력의 측정은 대파의 연백부와 엽초부의 경계(지면으로부터 15~20 cm 위치)에 당김 줄을 체결한 후 디지털 후크스케일(DFS2-100: 최대하중 500 N, 정확도 ±0.1% FS)의 후크에 연결하여 수직으로 당겨서 뽑히는 순간, 즉 피크점(인발력)을 기록하였다. 또한 대파 수확기의 개발에서 포장조건(토성 및 토양 수분함량 등)은 수확부 설계와 제작에 주요 사항으로써, 토양의 수분, EC, 온도 측정은 디스플레이부와 센서부로 구성된 WT-1000H(토양 수분 0~99.9%, EC 0~9.95 dS/m, 온도 0~60°C)를 이용하였다. 낱개 대파의 전체 무게와 뿌리 무게는 고정밀 미량저울(CAS_MW-Ⅱ600, 최대하중 600 g, 분해능 1/60,000)을, 두께는 버니어 캘리퍼스(Sincon, 범위 200 mm, 정밀도 <100±0.02 mm)를 이용하여 각각 측정하였다. 3월8일 시험포장은 양질사토(sand 78.7, silt 15.9, clay 5.3%)였고, 대파의 재식밀도는 1m 당 30.4±4.2개였고, 토양 평균함수율은 7.2 % (범위 3.0~13.1 %), 대파의 평균 총길이는 701 mm(범위 571~824 mm), 직경 28.4 mm(21.8~33.7 mm), 낱개무게 313.8 g(169.3~466.7 g)였고, 평균 인발력은 122.7 N(49.1~192.4 N)으로 나타났다. 인발력은 대파의 직경 및 무게와의 상관계수는 각각 0.3761, 0.3874로 다른 물성에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 또한 3월 22일 시험결과는, 재식밀도는 1m 당 25.5±3.2개였고, 토양 평균함수율은 11.5 %(범위 6.7~16.0 %), 대파의 평균 총길이는 640.2 mm(범위 526~788 mm), 직경은 26.9 mm(19.5~34.4 mm), 낱개무게 311.9 g(121.6~501.2 g)였고, 평균 인발력은 113.2 N(55.5~182.3 N)으로 나타났다. 인발력과 대파의 직경 및 무게와의 상관계수는 각각 0.5733, 0.5877로서 3월8일 포장에서보다 더 높게 나타났다. 시험지역은 3월 20일 16.8mm 강수량에 의해 대파 포장의 평균 토양함수율이 3월 8일에 비해 4.3% 높았고, 동시에 인발력도 다소 낮게 나타났다. 분산분석 결과, 평균 인발력은 두 포장 간에 유의한 차이가 없는 것으로 판단된다. 특히, 수확기 인발벨트 설계의 기준이 되는 인발력은 지난해 3개 포장에서 측정된 평균 인발력 104.8 N(61.7~162.6 N)과 금년 2개 포장에서의 결과와 큰 차이가 나지 않는 것으로 나타났다.

텔레핸들러의 안정성분석을 위한 작업모드별 수학식 모델링

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ),김중호 ( Joongho Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

텔레핸들러 모델링은 4개 모드(주행, 붐 확장, 붐 확장 화물, 붐 화장 적재)로 구분하였다. 모드별 모델링은 첫째, 본체와 축소 붐의 무게중심 CGT와 CGB를 각각 구하고, 둘째, CGT와 CGB를 통합하여 시스템 무게중심(CGS)을 구하며, 셋째, 시스템의 전도각(ζS)를 예측하였다. 모델링은 세부적으로 본체 및 붐의 무게중심을 이용하여 시스템 무게중심을 구하고 전도 수학식을 도출하였다. 직사각 형태인 대칭형 붐의 무게중심은 다단의 붐 구성요소의 개별적인 무게중심의 합으로, 본체의 무게중심은 선행연구 식(1)∼식(3)으로 구하였다(Jang et. al., 1991, Hong et. al., 2017). 이에 따른 시스템 무게중심은 좌표 기준점을 기준으로 식(4)∼식(6)의 수학식(ISO/DIS, 2012)을 적용하였다. 각 모드별 수학식은 식(1)∼식(6)을 기준으로 응용하였다. 선행연구 전도식(7)로 분석결과, 스템 무게중심(CGS) 좌표(XS, YS, ZS)의 전륜축 방향 plus(+) 이동은 전도 최대값이 편각 90°(전도범위 70.76°∼77.97°), 최소값 편각 170°(전도범위 17.15°∼22°)에서 발생하였다. 시스템 무게중심(CGS) 좌표(XS, YS, ZS)의 아우트리거 차축 방향 minus(-) 이동은 전도 최대값이 편각 270°(전도범위 70.76°∼65.86°), 최소값이 편각 350°(전도범위 17.15°∼14.75°)에서 발생하였다(본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 지원(No. 318095-03)에 의해 이루어진 것임). XT = ((WR2+WL2)×L1)/WT (1) YT = XT×cotδ-(WL2f1×(L1×cosδ+(r1-r2)×sinδ))/WT×sinδ (2) ZT = ((WR1×WL1)+WL2×(W1-W2)/2+WR2×(W1+W2)/2)/WT (3) XS = ((WT×XT)+(WB×XB))/(WT+WB) (4) YS = ((WT×YT)+(WB×YB))/(WT+WB) (5) ZS = ((WT×ZT)+(WB×ZB))/(WT+WB) (6) ζ = tan-1(((L0-XS)×W2+2YS×L0)/((ZS+r3)×(2L0×cosγ-W2×sinγ)+TH×(W2×sinγ-3XS×cosγ+2YS×sinγ))) (7)

승용형 자주식 대파수확기의 개발

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ),김재동 ( Jae-dong Kim ),하창섭 ( Chang-seop Ha ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

승용형 자주식 대파수확기는 동력원, 주행부, 굴취부, 토양분리장치, 이송부, 수집부로 구성하였다. 국내산 자탈형 콤바인(4조식)의 엔진(73 ps/2,100 rpm), 유압구동장치와 주행부를 이용하고, 예취부와 탈곡·선별부를 제거한 후 주요 수확작업 장치를 탑재한 형식으로 설계 제작하였다. 주행부는 궤도형(폭 450mm)이고, 정유압변속기(HST)이므로 주행속도를 0∼1.6m/s 조절이 용이하다. 굴취부는 대파의 원활한 수확과 손상이 적도록 두둑을 파쇄해주는 2개의 원판형 쟁기와 경사진 사각형 날을 채택하였고, 토양분리장치는 철재 막대를 활용한 컨베이어형 벨트와 뿌리부의 흙을 털어내는 소형 탈곡통으로 구성하였다. 수확된 대파 줄기를 부드럽게 잡고 수확기 후반부로 이송해주는 이송부는 평벨트에 부드럽고 내구성이 있는 우수한 poly choroprene 고무벨트를 부착하여 제작하였다. 각 부위의 작동과 속도조절은 유압모터와 유량밸브를 이용하였다. 수확기 후방부에 수평이송벨트와 컨테이너상자(1500(W)×1000(L)×1310(H))를 설치하여, 작업자가 이송부 하단부의 수평벨트부에 낙하하는 대파를 모아 수확기 후방의 컨테이너 상자에 담는 작업방식이다. 대파수확기의 성능시험은 충남 아산시 둔포면 신법리 소재의 두루통상기계에서 조성한 대파 포장에서 2020년 9월 27일 실시하였다. 성능시험은 설정한 시험구간 50m에서 주행속도를 3수준으로 변화시키면서 작업능률, 수확률 및 손상률을 각각 조사·산출하였다. 작업능률은 대파수확기의 1회 작업 폭(조간)과 주행속도로부터 산출하였다. 시험구간과 소요시간으로부터 산출한 주행속도가 각각 7.3 cm/s, 12.3 cm/s, 19.0 cm/s였으며, 이때의 작업능률은 각각 1.8 a/h, 3.1 a/h, 4.9 a/h이었다. 대파 손상률은 주행속도별 각각 2.9%, 3.9%, 4.4%이었고, 주행속도가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 따라서 이번에 개발한 스용형 자주식 대파수확기는 인력으로 수확했을 때 보다 각각 2.2배, 3.7배, 5.7배 능률적이었고, 손상률도 5% 이하를 나타내 실용화가 가능한 것으로 판단되었다.

간척지의 담수화 기술연구를 위한 기술 분석

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

세계적으로 간척지 개발은 농지확보, 택지 및 관광지 개발 등의 목적으로 진행되었으며, 간척농지의 경우, 대규모 용수를 확보해야 하는데, 해수 및 염지하수의 담수화 기술 적용에 따른 경제성이 농업경영에 절대적인 영향을 준다. 해수담수화는 해수의 증발 및 응축과정에서 용해물질을 제거하여 생활용수 등을 얻는 수처리 과정이다. 기술 분류는 크게 증발법, 역삼투압법, 전기투석법, 냉동법 등이 있고, 세계적으로 증발법이 70% 정도인데 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 국내는 도서지역 식수원개발 목적으로 진행되고 있는데, 운영관리체계/전문성·기술력/시설성능 부족으로 고비용 운영관리 및 낮은 유수율 등이 문제이다. 현재, 전국 유인도서 482개소(인구: 818천명, 면적: 3,766km2)에는 101개 해수담수화시설이 설치되어 있다(krila, 2015). 기술의 원수농도(mg/L)와 운전온도(℃)는 증발법(30,000-500,000, 35-120), 역삼투압법(500-50,000, 0-40) 및 전기투석법(500-3,000, 0-65) 수준이다. 가장 보편적으로 이용되는 증발법의 기술에 따른 에너지소비(kWh/m3)·건설비(USD/m3)·생산원가(USD/m3)는 MSF(25, 1,750, 1.07), MED(23, 1,230, 0.83) 수준(GWI, 2010)이다. 여기에서 MSF는 고압의 열교환기서 가열된 해수가 저압격실로 분출되면서 원수의 잉여에너지가 잠열 변환되는 것이다. 구조는 진공도가 높은 격실이 직렬로 이어지는 형태로 자기증발 발생 원리를 이용하는 것이다. 또한, MED는 보일러 고온증기로 첫 증류기에서 해수를 증발시키고, 발생된 증기는 다음의 증발기에서 응축되는 복수의 과정으로 담수가 되는 원리를 이용하는 것이다(stxhi, 2019). 국내 해수담수화 설비용량은 생활용수 6,333m3/day, 공업용수 137,420m3/day 규모인데, 적용된 기술구성은 증발법 50%, 역삼투압법 45% 수준이며, 담수생산에 소요되는 에너지는 7-20kWh/m3(역삼투압법 7, 전기투석법 18, 증발법 20)수준이다(krila, 2015). 개발 중인 새만금간척지의 원예용지 3,055ha(농업용지 8,570ha의 35.7%)는 향후 농업용수 공급대책의 일환으로 상당수준의 해수담수화설비 검토 및 화석연료를 대체할 신재생에너지 연료원의 검토가 필요하다. 전북지역에서는 대규모 시설단지의 개발에 대응하여 활용도가 낮은 볏짚 808천 톤/년(kosis, 2019)과 새만금 간척지 일부에서 생산되는 조사료의 활용처 발굴 및 연소·열전환 기술개발이 필요하다(본 결과물은 전주대학교 농생명융합연구소의 재원으로 지원(과제번호 46190009)에 의해 이루어진 것임).