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한국농업기계학회 학술발표논문집 update

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수록정보
수록범위 : 1권0호(1996)~24권2호(2019) |수록논문 수 : 3,718
한국농업기계학회 학술발표논문집
24권2호(2019년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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1유도케이블을 이용한 과수원용 무인주행 장치 개발

저자 : 장호승 ( Ho-seung Jang ) , 장익주 ( Ik Joo Jang )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 5-5 (1 pages)

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무인 주행시스템은 자동차, 작업용 드론, 농기계에서 사용되고 있으며 농기계 분야에서는 트랙터와 이양기의 경우에는 시판되고 있는 상황이다. 하지만 현재 사용되고 있는 무인 시스템의 경우는 논과 같은 필드형 논과 밭에서 주로 사용되고 있으며 과수원과 같은 장애물이 있는 곳은 사용되기가 어렵다. 본 연구에서는 유도케이블과 자기장검출 센서를 통하여 과수원과 같이 장애물이 있는 곳에서도 농기계가 장애물에 걸리지 않고 유도케이블 만을 따라서 주행할 수 있도록 하였다. 먼저 유도케이블을 과수원 이동경로를 따라 약 5 cm 부분에 매설하고 주파수1.473 kHz, 전압 13.5 V, 2.2A의 전류를 케이블로 흐르게 하여 케이블에서 발신하도록 하였다. 자기장 검출 센서는 픽업전류를 전압으로 변환하고 증폭한 후 노이즈를 제거하고 자기장의 주파수만 통과 시키는 밴드패스 회로로 설계 및 제작 되었다. 밴드패스 회로를 통과한 정현파인 교류 전압을 직류전압으로 바꾸기 위하여 정류회로에서 전파정류 하고, 정류된 전압을 2개의 적분회로에 통과시켜 안정된 직류전압을 만들어 출력하도록 하였다. 자기장 검출 센서의 실험은 높이별 출력 시험과 좌우경사에 따른 출력 시험을 하였으며 높이별 검출 범위는 유도케이블로 부터 약 15 cm 에서 약 60 cm 까지 검출이 가능하였다. 차량의 높이와 매설된 위치는 총 약 45 cm 정도이며 장착되는 차량에 따라 ± 5cm 정도의 오차는 있었다. 좌우 경사에 따른 출력은 경사각의 변화에 따라서 센서의 중심과 유도케이블의 위치 편차가 커져서 중심이동은 있지만 좌우에 대한 편차는 없었다.

2C#을 이용한 구름베어링 수명 및 안전율 계산 프로그램 제작

저자 : 박정호 ( Jung-ho Park ) , 김수철 ( Su-chul Kim )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 6-6 (1 pages)

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베어링은 회전하는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 받는 하중을 지지하며 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다. 베어링은 여러 종류가 있으며 용도에 맞게 사용되어야 한다. 기어박스 설계 시 기어박스의 무게 및 비용을 줄이기 위하여 베어링 최적 설계는 중요하다. 본 연구는 기어박스의 베어링 최적 설계를 위한 전단계로 베어링 선정 및 강도 평가를 위한 프로그램을 개발하기 위해 수행되었다. 프로그램을 개발하기 위하여 Microsoft Visual Studio의 C#이 활용되었다. 본 프로그램은 필요에 따라 구름 베어링 제조사에서 제공하는 데이터 값과 ISO76, ISO281에서 제시하는 계산식을 이용하여 구름 베어링의 피로 수명 및 정격 안전율을 계산하였다. 계산한 결과 값은 신뢰성 확보를 위해 대표적인 기어 트레인해석 소프트웨어 프로그램인 KISSsoft 와 RomaxDESIGNER를 사용하여 결과 값을 검증하였다. 프로그램제작에 사용된 종류별 구름베어링의 값을 최소 2번 이상 각각 다른 무작위 값을 넣어 검증을 실시하였다. 상용 소프트웨어와 개발한 프로그램 결과 값을 비교한 결과 일치하였다. 프로그램을 활용하여 사용자는 사용자의 선택에 따른 구름 베어링의 피로 수명 및 정격 안전율을 알 수 있다. 개발된 프로그램을 활용하여 베어링 선정 및 강도 평가를 하여 기어박스 최적 설계에 활용할 수 있을 것이다.

3사고 발생 방지를 위한 인간공학적인 발판 설계

저자 : 김지태 ( Ji-tae Kim ) , 한현우 ( Hyeon-woo Han ) , 오주선 ( Jooseon Oh ) , 박영준 ( Young-jun Park )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 7-7 (1 pages)

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최근 산업의 발전과 생활 수준의 향상에 따라 제품을 설계할 때 인간공학적 관점에서 제품의 위치 및 형상설계가 활발히 진행되고 있다. 농기계의 경우도 성인 남성을 기준으로 인간공학적 관점에서 인체 치수를 기반으로 제품의 위치 및 형상설계가 이루어지고 있다. 하지만 우리나라 농업 종사자 중 고령 여성의 비율이 꾸준히 증가하고 있어서 고령 여성을 위한 제품의 위치 및 형상설계가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 농기계를 직접 운행하는 고령 여성들에게 가장 많이 발생하는 전도, 추락 사고 등을 방지하기 위한 농기계 발판의 위치를 선정하고 형상을 설계하였다.
고령 여성을 기준으로 발판의 위치를 선정하기 위하여 국가기술표준원에서 조사한 여성들의 인체 치수와 ISO4252(2007)을 바탕으로 고령 여성에게 적합한 발판의 위치를 인간공학적 관점에서 선정하였다. 또한, 승·하차 시 발판에 발생하는 응력을 유한요소해석 프로그램(ANSYS)을 이용하여 탑승 장치의 안전성을 평가하였다. 그 결과, 우리나라 여성 40~69세의 평균 인체 치수와 주행 환경, ISO4252(2007)을 토대로 발판의 위치는 바닥으로부터 300mm로 선정하였다. 또한, 발판의 형상을 설계하고 성인 남성의 무게를 기준으로 유한요소해석을 진행한 결과 안전 계수 2 이상이 확보되는 것을 확인하였다.
본 연구를 통해 고령 여성을 기준으로 한 농기계 발판을 설계, 제시함으로써 고령 여성들이 농기계를 이용할 때 가장 많이 발생하는 전도와 추락 사고를 방지할 수 있을 것으로 보인다.

4쟁기 작업에 따른 정유압 변속기의 등가부하 분석

저자 : 문석표 ( Seok-pyo Moon ) , 최창현 ( Chang-hyun Choi ) , 김용주 ( Yong-joo Kim )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 8-8 (1 pages)

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최근 국내 농업 인구가 여성화, 고령화에 따라 농작업의 편리성을 위해 농업기계의 크기는 대형화되어지고, 조작은 단순화되어지고 있다. 트랙터의 자동 변속기는 조작을 편리하게 할 뿐 아니라 트랙터의 동력 효율을 상승시키기 위해서도 중요한 역할을 수행한다. 국내 농업에서는 자동변속기의 개발이 활발하게 진행중이다. 기계요소의 사용 조건 및 작업 환경에 적합하게 설계하기 위해서는 사용 시 작용하는 부하를 분석하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 정유압 변속기가 사용된 트랙터를 이용하여 주요 농작업인 쟁기 작업후 부하를 획득하였다. 또한 획득한 부하를 통하여 등가부하를 산출 및 분석하였다. 등가부하를 계산하기 위하여 정유압 변속기의 토출부에 압력센서를 설치하여 압력을 측정하였다. 또한 실제 농작업시 부하를 계측하기 위하여 주요 농작업인 쟁기 작업을 L단과 M단에서 수행하였다. 정유압 변속기의 등가 부하를 계산하기 위해서 역승모델을 사용하였으며, 등가 부하 계산을 위하여 계측 데이터를 8개 간격으로 나누어 등가부하를 계산하였다. 등가부하 분석결과 L단에서 116.04 bar, 2516.42 rpm으로 분석되었고, M단에서 248.5 bar, 2362.14 rpm으로 나타났다. M단에서 L단보다 높은 압력이 나타난 것은 작업 중 주행 속도가 M단이 빠르기 때문에 M단에서 더 높은 압력이 나타난 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 분석한 등가부하를 통하여 가속수명시험 등 등가 부하가 필요로 되는 여러 분야에서 사용될 수 있을 것으로 판단되어진다.

5Analysis of the Proportional Valve Characteristics for Various Hydraulic Oils

저자 : Abu Ayub Siddique , Wan-soo Kim , Yong-hyeon Kim , Chang-hyun Choi , Yong-joo Kim

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 9-9 (1 pages)

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The goal of this study is to analyze the response characters of the proportional valve based on hydraulic oils. The proportional valve has many nonlinear characters which need a control algorithm for the desired response. Therefore, PID control algorithm considering viscosity of the hydraulic oils was developed for compensating the viscous effects on the hydraulic system. I n this study, three ISO standard hydraulic oils (VG 32, VG 46 and VG 68) were selected to analyze the proportional valve characters at 0, 20, 40, 60, 80, and 100℃. The PID coefficients were Kp=15, Ti=10.75, and Td=0.63 at the damping ratio □=0.8. It was observed that the pressure of the proportional valve became stable within 0.45 s for all type of hydraulic oils at 0℃, where the viscosity of the oils were the maximum. The maximum overshoot and steady state error were found almost 17.50% and 0% for all conditions. Also, the response characters satisfy the boundary conditions of the control algorithm. This results indicate that the PID control algorithm is able to compensate for the viscous effect on the hydraulic system, and could be applicable for the automatic depth control system of a rice transplanter that can be able to minimize the tilting of the planted seedling.

6작업부하에 따른 전기구동 트랙터의 모터 토크 제어를 위한 PID 제어기 개발

저자 : 백승윤 ( Seung-yun Baek ) , 최창현 ( Chang-hyun Choi ) , 김용주 ( Yong-joo Kim )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 10-10 (1 pages)

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전기구동 트랙터는 전기 모터를 엔진 출력 보조를 위해 사용하는 병렬형 하이브리드 방식과 전기 모터를 주동력원으로 사용하여 엔진을 대체하는 직렬형 하이브리드 방식으로 구분된다. 본 연구에서 대상으로한 전기구동 트랙터는 직렬형 하이브리드 방식으로, 농작업 시 발생하는 고부하 대응을 위해 고토크 모터를 주동력원으로 사용한다. 본 연구는 작업 시 발생하는 부하에 따른 모터의 적정 토크를 출력 가능한 제어기 개발을 위하여 수행되었다. 전기구동 트랙터 시뮬레이션 모델 및 제어기 모델은 상용 소프트웨어인 Simulation X(Ver 4.0, ESI ITI GmbH, Germany)를 통해 구성하였다. 부하 데이터 계측은 전기구동 트랙터의 정격출력과 동일한 부하 계측용 트랙터를 사용하였으며, 시뮬레이션 입력 조건은 쟁기 작업 중 차축에 발생하는 토크 데이터로 선정하였다. 제어기 모델의 입력 값은 전기 모터 컨트롤러의 토크 지령과 차축에서 발생한 토크이며, PID 제어 방식으로 모터의 적정 토크를 출력하도록 구성하였다. PID 계수는 settling time과 overshoot에 따른 전기구동 트랙터의 배터리 soc level 및 작업 가능 시간을 고려하여 선정하였다. 본 연구를 통해 농작업 중 차축에 발생하는 부하에 따라 적정 토크 출력이 가능한 모터의 PID 제어기를 개발하였으며, 이는 개발 중인 전기구동 트랙터 플랫폼에 적용하여 작업 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

7중형 고추 수확기 풍구의 성능개선

저자 : 이명희 ( Myung Hee Lee ) , 신서용 ( Seo Yong Shin ) , 강영선 ( Young Sun Kang ) , 김수빈 ( Su Bin Kim ) , 김대철 ( Dae Cheol Kim )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 10-10 (1 pages)

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고추 재배면적은 28,824ha로 국내 조미채소 재배 면적 중 가장 많은 면적을 차지한다. 국내 고추 재배지의 66.3%가 1.0ha 이하인 소규모 농가가 대부분을 차지하고 있어, T사는 중, 소규모 농가가 대부분을 차지하고 있는 국내 실정에 맞춰 중형의 고추 수확기를 개발 중에 있다. 현재 개발 중인 수확기계로 수확 시 수집함에 다량의 협잡물이 유입되어 수확 후 추가 노동력이 발생되는 상황이다. 이에 이전 연구에선 선별부 성능 개선을 위해 임펠러가 없는 간단한 형상으로 유동해석을 실시하였다. 본 연구에서는 임펠러를 부착한 모델링을 사용하여 유체의 유동을 분석하였고, 그 결과 풍구에서 풍향이 일정하게 나오지 않는 것을 확인하였다. 이에 선별부 풍구의 성능 개선을 위해 풍향 가이드를 추가 모델링하고 그 유동을 비교하였다. 중형 고추 수확기 3차원 설계는 Pro-E Program을 사용하여 현 풍구와 출구에 2개와 4개의 풍향 가이드를 추가한 3가지 모델의 풍구를 설계하였다. 해석은 Ansys Fluent를 이용하였고, 해석 시 외부 유동장을 설정하여 유체는 공기, 유체의 흐름은 난류 모델인 k-epsilon 모델을 사용하였다. 풍구 출구의 풍향을 확인하기 위해서 풍구 출구를 좌측, 중앙, 우측 3부분으로 나누고 출구에서 15cm 떨어진 각 부분의 풍속을 확인하였다. 현 풍구에선 좌측, 중앙, 우측 각각 1.7, 3.4, 3.2 m/s로 측정되어 중앙과 우측의 부분보다 좌측의 풍속이 낮은 것으로 나타났다. 2개의 풍향 가이드를 추가하여 해석한 결과 좌측, 중앙, 우측 각각 1.4, 2.8, 3.0 m/s로 해석되었고, 4개의 풍향 가이드를 추가하여 해석한 결과는 좌측, 중앙, 우측 각각 2.3, 3.3, 2.7m/s로 해석되었다. 2개의 풍향 가이드를 추가하였을 때와 추가하지 않았을 때의 풍향은 같은 경향을 보였지만, 4개의 풍향 가이드를 추가하여 해석하였을 때는 풍구 출구에서 이전보다 고르게 유동이 분포되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 풍구 출구에 4개의 풍향 가이드를 추가하여 선별작업을 한다면 작업능력을 향상시킬 수 있을 것이라고 판단했다. 차후에는 본 해석을 통하여 유동 해석의 타당성을 확인할 필요가 있으며, 풍향 가이드의 길이 및 각도를 조정한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

8농업용 트랙터 PTO 기어 치면 하중 분포 분석

저자 : 백승민 ( Seung-min Baek ) , 박성운 ( Seong-un Park ) , 최창현 ( Chang-hyun Choi ) , 김용주 ( Yong-joo Kim )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 11-11 (1 pages)

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트랙터는 PTO를 이용하여 작업기에 동력을 전달함으로써 농작업을 수행한다. PTO 기어박스는 농작업에 따라 다양한 부하가 발생한다. PTO 기어의 치면 하중 분포는 PTO 기어박스의 요구 수명을 만족시키는 중요한 요소이며, 치면 하중 분포 계수가 작을수록 기어의 접촉 안전율은 증가한다(Peng et al., 2018). 이에 따라 농작업 부하에 따른 기어의 치면 하중 분포에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기어트레인 해석 상용 소프트웨어를 이용하여 농업용 트랙터 PTO 기어박스의 시뮬레이션 모델을 개발하고, 구동기어의 치면 하중 분포를 분석하였다. 본 연구에서는 70 kW급 트랙터 PTO 기어박스를 모델링 하였다. 시뮬레이션 조건은 트랙터 작업별 연간 이용 시간과 내구연한을 고려하여 2,736시간으로 입력하였으며, 엔진의 정격 부하 조건(70 kW@2,500 rpm)에서 실시하였다. 기어 치면의 접촉 패턴 해석은 ISO 6336: method B 규격을 통하여 계산하였다. PTO 1, 2, 3단 구동기어의 단위 길이당 하중의 최댓값은 각각 355 N/mm, 301 N/mm, 300 N/mm, 치면 하중 분포 계수는 각각 1.644, 1.625, 1.344, 접촉 안전율은 각각 1.185, 1.436, 1.458로 나타났다. PTO 1단 구동기어에서 단위 길이당 하중과 치면 하중 분포 계수가 가장 높게 나타났으며, 접촉 안전율은 가장 낮게 나타났다. PTO 단수가 증가함에 따라 단위 길이당 하중과 치면하중 분포 계수는 모두 감소하였으며, 접촉 안전율은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 고려하여 구동기어에 Micro-geometry optimization을 수행한다면 치면 하중 분포 개선 및 접촉 안전율 향상을 통해 PTO 기어박스의 원가 절감 및 최적 설계가 가능할 것으로 판단된다.

9위상 최적화를 이용한 농업용 전기차 기어박스 하우징의 방사 소음 저감

저자 : 손관희 ( Gwan-hee Son ) , 조승제 ( Seung-je Cho ) , 김범수 ( Beom-soo Kim ) , 박영준 ( Young-jun Park )

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 12-12 (1 pages)

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차량의 동력원이 엔진보다 높은 속도에서 구동되는 전기모터로 변경됨에 따라 전동식 차량의 소음은 고주파 영역에서 순음(pure noise)으로 발생하며, 특히 기어박스가 장착된 차량에서는 기어 물림으로 인한 와인 소음(whine noise)이 주 소음원으로 작용한다. 따라서, 농업용 전기차의 소음·진동 문제를 해결하기 위해서는 고주파 특성의 가진원을 고려한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기어 물림에 의한 가진력이 하우징으로 전달됨에 따라 발생하는 기어박스 하우징의 방사 소음을 저감하기 위하여 하우징의 저소음 설계를 수행하였다. 하우징 모델은 전체 형상을 유한 요소(finite elements)로, 기어, 축, 베이링과 같은 내부 요소모델은 축약 요소(super elements)로 모델링하여 모델의 크기를 감소시켰고, 주파수에 따른 기어 가진력과 하모닉(harmonic) 성분들을 하중 조건으로 설정하였다. 기어박스의 소음은 기어박스로부터 1 m 떨어진 위치에서의 음압 레벨(sound pressure level)에 대해 해석적으로 평가하였다. 위상 최적화는 형상 밀도를 설계 변수로 하는 최적 설계 기법으로 컨셉(concept) 설계 단계에서 이용할 수 있다. 최적화의 목적함수는 음향 파워(sound power)를 근거로 하우징 요소의 주파수 응답 속도의 최소화로 설정하였으며, 기존 하우징에서 설계 가능 영역까지 확장시킨 요소를 설계 변수로 설정하였다. 또한, 최적화 전후의 해석 결과를 비교·분석하여 수정된 하우징에서의 소음 저감 수준을 확인하였다.

10Analysis of Blade Oblique Angles Effect on Cutting Properties of Corn Stalks

저자 : Frank Gyan Okyere , Jayanta Kumar Basak , Anil Bhujel , Fawad Khan , Dougheon Lee , Junbeon Cho , Hyeon Tae Kim

발행기관 : 한국농업기계학회 간행물 : 한국농업기계학회 학술발표논문집 24권 2호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 14-14 (1 pages)

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Biomass is produced by green plants that converts sunlight into plant materials through phot osysnthesis and it includes land- and - water based vegetation as well as all organic waste. C orn stover is a good source of biomass for feedstock, bioproducts. On a large scale, commerci al large square or round balers for harvesting corn stalks which are made of the cut and pick up, pre- compression chamber, and bale chamber. The cut and pick up system is critical in d etermining the size cut, the length of stalk in soil after cut and eventually the volume of bale produced. Hence knowledge of cutting blades size, its geometric design and other features re lative to the cutting material is required. The aim of this research is to analyze the effect of bl ade oblique angles on the cutting properties of corn stalks of various moisture content and siz es using a prototype cutting system of a baler machine. Three oblique angle cutting blades- 30 o,45o and 60o, three rotor speeds (1100rpm, 1750rpm and 2230rpm) and three ground speeds (2.5km/h, 5.0km/h and 7.5km/h) were used as the machine variable access its impact on the l ength of cut and length in soil using four different sets of corn stalk moisture content -70.05 ± 2.42%, 48.12± 1.19%, 28.14 ± 2.02% and 18.14 ± 2.22%. Also the effect of the oblique angl es and corn stalk physical properties (size) relative to their mechanical cutting properties (spec ific energy, peak load etc) were also analyzed. The optimum oblique angle of choppers requir ement to achieve a low length of cut, cut in soil, energy requirement et al was 45o followed by 60o. The ultimate shear strength was insignificantly affected by change in oblique angle, siz e and moisture content of corn stalk.

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