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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.6 pp.289-294
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.6.289

Development Onion Transplanter: Analysis a Transplanting Locus on The Type of Transplanting Devices for a Vegetable Transplanter

Young Bong Min, Jeong Kyune Kang, Chan Seok Ryu*
Bio Industrial Machinery Engineering(Institute of Agriculture and Life Science), Division of Agro-system Engineering, College of Agriculture and Life Science, Gyeongsang National University, Jinju 52828, Korea
Corresponding author: Chan Seok Ryu Tel: +82-55-772-1897 Fax: +82-55-772-1899 ryucs@gnu.ac.kr
June 15, 2015 November 24, 2015 November 26, 2015

Abstract

In this study, transplanting device was investigated and analyzed according to the form of the transplanting device of vegetable transplanter to address transplanting device of a onion transplanter. Investigation was the structure and locus of each transplanting device used in vegetable transplanter. transplanting locus was constructed using AutoCAD. The transplanting locus was analysis by pushed distance and relative velocity 0. The transplanting locus was analyzed by pushed distance and relative velocity 0. The transplanting locus analysis results of each transplanting devices had a pushed distance. transplanting device with the smallest pushed distance is 4bar link-cam transplanting device, when the row space 130mm to pushed distance 9.89mm. 4bar link-cam transplanting devices hopper-soil Relative velocity was not zero. But, If you change a cam shaped, will be able to close the hopper-soil relative velocity 0. Therefore, 4bar link-cam transplanting device in accordance with the needs row space by the hopper-soil relative speed zero have a cam shape is expected to maximize the transplanting performance.


양파정식기 개발: 채소정식기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적 분석

민 영봉, 강 정균, 유 찬석*
경상대학교 농업생명과학대학 생물산업기계공학과(농업생명과학연구원)

초록

본 연구에서는 양파정식기의 적합한 식부장치를 제시하기 위하여 채소정식기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적을 조사 및 분석하였다. 조사대상은 채소정식기에 사용되고 있는 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식 식부장치들의 구조와 정지궤적을 기준으로 AutoCAD를 이용하여 주행상 태에서의 운동궤적(식부궤적)을 작도하였다. 이 식부궤적으로 식부개공기가 토양에 관입될 때 밀림거리, 토양-식부개공기의 상대속도 0이 되는지 분석하였다. 식부궤적 분석결과 각 식부장치들은 밀림거리를 가졌으며, 가장 적은 밀림거리를 가진 식부장치는 로터리 방식 식부장치이지만 토양-식부개공기의 상 대속도 0는 될 수 없다고 판단된다. 4절 링크-캠 방식 식부장치의 가장 작은 밀림거리는 주간거리 130mm에서 정식할 때 밀림거리 9.89mm로 나타났고 토양-식부개공기의 상대속도가 0이 되지는 않았 다. 하지만 4절 링크-캠 방식 식부장치의 구조는 캠형상을 변경하여 토양-식부개공기의 상대속도가 0 으로 정식 할 수 있다고 판단된다.


    Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisherieshttp://dx.doi.org/10.13039/501100003952

    서론

    Research Institute of Onion Products(2010)에 따르면 양파는 각종 비타민과 칼슘, 인산 등 우리 몸에 좋은 무기질이 많은 기능성 건강식품으로 알려 지면서 소비가 꾸준히 늘어나 가격의 상승과 재배면 적의 지속적인 증가로 이어졌다. Jeong et al. (2006)에 따르면 양파의 수분 및 가용성 무질소물의 함량은 약 92% 및 5%로 나타났으며, 양파에 많이 함유되어 있는 무기성분으로는 K, Na 및 Ca 가 있 으며 주요 유리당은 glucose, fructose, sucrose가 있 다. 생리활성물질로는 glutamic acid, phenylalanine, aspartic acid, vitamin C, quercetin 등이 있다.

    양파 재배법은 지역에 따라 다양하고, 조수는 4, 6, 8조, 주간거리는 약 130mm ~ 150mm정도로 조 사되었다. Lee et al.(2013)은 무공 투명 비닐에 횡 으로 정식(주간 130mm, 조간 200mm) 종으로 정식 (주간 200mm, 조간 130mm)하여 정식하였고 인력 정식 휴폭 1800mm, 기계 정식 휴폭 1500mm, 1200mm로 정식하여 시험을 수행하였다고 한다. Moon et al.(1997)에 따르면 채소의 생산과정에서 육묘와 정식작업이 차지하는 노동투하량은 10%, 5% 정도이나 짧은 시간에 대량의 육묘를 정식하여야 하 며 연간 2~3회 반복되는 중노동으로 노동력 부족과 노령화에 따른 정식작업의 생력화가 절실히 요구된 다. 국내에 개발 보급된 채소정식기의 식부장치는 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식이 있다. 휠 방식은 휠에 식부개공기를 다수 설 치하여 휠 속도에 맞추어 정식을 하는 방식이다. 그 리고 속도가 변하더라도 일정하게 정식할 수 있고 구조가 단순한 것이 특징이다. 하지만 휠 방식 식부 장치는 부피가 크고 다수의 식부개공기가 장착되어 야 하는 단점이 있다. 휠 방식에 대해 Kim et al.(2004)은 식부개공기가 끝단이 토양 속에 고정되 기 때문에 식부개공기가 끌리는 현상은 발생하지 않 을 것으로 판단된다고 하였다. 로터리 방식은 크랭 크샤프트를 통해 동력을 받고 기어 케이스들과 식부 개공기가 회전하면서 식부개공기의 타원모양 정지궤 적을 그리며 정식하는 방법으로 채소정식에 가장 많 이 사용되는 식부장치이다. 로터리 방식에 대해 Park et al.(2004)a은 식부호퍼가 토양에서 끌리거 나 밀리는 현상은 발생하지 않았다만 식부개공기가 토양에서 빠져나올 때 식부개공기가 열리면서 흙을 뒤쪽으로 밀어 토양에 구멍이 넓어져 묘가 쓰러지는 현상이 발생하였다고 하였다. 4절 링크 방식은 크랭 크 링크를 통해 동력을 받아 구동하며 4절 링크 방 식 식부장치의 특징은 식부개공기가 앞으로 나와 있 어 묘의 줄기가 길어도 정식할 수 있다는 특징이 있 다. 식부개공기의 정지궤적은 커플러곡선의 궤적으 로 정식한다. 4절 링크 방식에 대해 Park et al. (2004)b은 식부개공기가 45°의 각도로 토양 속으로 삽입되었다가 토출될 때도 45°로 나오기 때문에 묘 의 식부자세가 비스듬하게 심겨질 것으로 판단된다 고 하였다. 4절 링크-캠 방식은 4절 링크 방식에 식부개공기를 캠으로 밀어 토양과 식부개공기의 상 대속도를 0으로 만드는 방식이 특징이다. Min et al.(1999)이 개발한 양파정식기는 비닐멀칭하에서 정식 일관작업이 가능하도록 개발되었다. 양파정식 기의 정식작업공정은 묘판탑재-묘판1칸 내림-묘취 출-묘이송-식부로 이루어져 있다. 이 공정 중 식부 장치는 현재 4절 링크-캠 방식 식부장치를 사용하 고 있다. 하지만 4절 링크-캠 방식 식부장치의 식 부궤적에 대한 분석 결과가 없었다.

    본 연구에서는 양파정식기 개발을 위한 채소정식 기의 식부장치 형태에 따른 식부궤적 분석을 하였 다. 국내에서 개발된 대표적인 식부장치들의 구조와 식부개공기의 정지궤적을 조사하여 식부개공기의 식 부궤적을 분석하였다. 양파의 다양한 재배법을 고려 하여 주간거리 130mm, 140mm, 150mm를 기준으 로 각 식부장치의 식부궤적을 조사하였다.

    재료 및 방법

    1.식부장치

    정식기의 식부장치는 묘를 식부개공기로 받아서 토양 속에 꽂는 작업 장치이다. 묘를 토양 속에 필 요 깊이에 바른 자세로 심기 위해서는 식부개공기가 땅속에 관입되고 토출될 때 식부개공기와 토양의 상 대적 밀림을 최소화해야한다. 식부개공기와 토양의 상대적 밀림을 이론적으로 조사·분석하기 위해서 식부개공기의 운동궤적인 식부궤적을 분석하였다. Fig. 1, 2, 3, 4는 본 연구에서 비교할 채소정식기 에 이용되고 있는 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식 식부장치의 구조와 정지궤 적이다.

    2.식부궤적 분석

    정식기가 주행하지 않은 상태의 식부개공기의 정 지궤적(Fig. 1, 2, 3, 4)이 아닌 정식기가 주행하는 상태에서의 운동궤적을 계산 및 도식화하기 위해 AutoCAD(Ver. 2010, Autodesk Inc. USA)를 이용 하여 작도하였다. 휠 방식, 로터리 방식, 4절 링크 방식, 4절 링크-캠 방식 식부장치들의 주요치수는 관련논문 Min et al.(1999), Kim et al.(2004), Park et al.(2004)a, Park et al.(2004)b을 참고하 였다. 각 식부장치의 치수는 4절 링크-캠 방식을 기준으로 상하행정 228.28mm이 되도록 AutoCAD 를 이용하여 작도하였다.

    Table. 1은 관련논문에서 식부장치의 주요치수를 나타내었다. 식부 운동궤적(이하, 식부궤적)을 분석 하기 위해 식부정식기의 주행속도는 각 식부장치가 1초당 1회 정식하도록 주간거리에 맞춰 130mm/s, 140mm/s, 150mm/s로 하였다. 식부궤적은 식부장 치를 10°씩 회전시켜 수직으로 고정된 식부개공기 의 하단 끝단을 기준으로 작성된 정지궤적의 연속 적인 형태로 작도하였고, 여기에 주간거리만큼 이 동한 x축 거리를 정지궤적에 더하여 식부궤적을 작 도하였다.

    3.밀림거리 분석

    양파정식기의 식부개공기가 토양에 60mm만큼 관 입하여야 묘의 자세가 안정적이기 때문에 식부궤적 하사점에서 y축 방향으로 상단 60mm지점을 토양으 로 하였다. 식부개공기가 토양에 관입 시작한 지점 부터 토출 지점까지의 거리를 측정하여 밀림거리를 측정하였다.

    결과 및 고찰

    1.식부궤적 분석 결과

    Fig. 5, 6, 7은 상하행정정은 228.28mm, 개공깊 이는 60mm를 기준으로 각 식부장치의 식부궤적을 주간거리에 따라 나타낸 것이다. Fig. 5는 주간거리 130mm일 때, Fig. 6은 주간거리 140mm일 때, Fig. 7은 주간거리 150mm일 때 양파정식기 식부개 공기의 식부궤적과 식부장치 종류별 식부개공기의 식부궤적들을 비교한 그래프이다. 전체적으로 휠 방 식은 사이클로이드 곡선으로 식부궤적을 가졌고, 로 터리 방식은 타원의 식부궤적을 가졌고, 4절 링크 방식은 커플러곡선의 식부궤적을 가졌고, 4절 링크 -캠 방식은 사다리꼴 모형의 식부궤적을 가졌다. 각 식부장치들은 정지궤적과 식부궤적이 거의 비슷한 궤적을 가진다고 판단된다.

    2.밀림거리 분석 결과

    Table 2는 식부궤적의 밀림거리를 나타낸 것이다. 주간거리 130mm일 때 식부장치의 식부개공기가 토 양에 관입하여 토출하는 동안 밀림거리는 휠 방식이 31.18mm, 로터리 방식이 9.34mm, 4절 링크 방식 이 45.56mm, 4절 링크-캠 방식이 9.89mm로 나타 났다. 4절 링크 방식이 가장 밀림거리가 컸고 로터 리 방식이 가장 작게 나타났다. 4절 링크-캠 방식 의 밀림거리와 로터리 방식의 밀림거리는 큰 차이가 없었지만 주간거리 130mm에 최적화된 모형이 아니 기 때문이라 판단된다.

    주간거리 140mm일 때 식부장치의 식부개공기가 토양에 관입하여 토출하는 동안 밀림거리는 휠 방식 이 22.29mm, 로터리 방식이 7.11mm, 4절 링크 방 식이 43.64mm, 4절 링크-캠 방식이 12.85mm로 나타났다. 4절 링크-캠 방식의 밀림거리가 로터리 방식보다 큰 이유는 캠의 형상이 주간거리 140mm 에 최적화된 모형이 아니기 때문이라 판단된다.

    주간거리 150mm일 때 식부장치의 식부개공기가 토양에 관입하여 토출하는 동안 밀림거리는 휠 방식 이 14.14mm, 로터리 방식이 4.89mm, 4절 링크 방 식이 41.83mm, 4절 링크-캠 방식이 16.09mm로 나타났다. 4절 링크 방식이 가장 밀림거리가 컸고 로터리 방식이 가장 작게 나타났다. 4절 링크-캠 방 식의 주간거리 130mm보다 150mm가 더 긴 밀림거 리를 가지는 이유는 캠의 모형이 주간거리 130mm에 적합하다고 판단된다.

    휠 방식은 시뮬레이션에서 오차가 크지만 식부개 공기가 토양에 관입하면서 토양에 고정된다면 밀림 이 없을 것으로 판단된다. 로터리 방식은 좌우가 대 칭이 되며 식부개공기가 토양에 정식하는 동안 밀림 이 가장 적은 궤적을 가지는 것으로 판단된다. 4절 링크 방식은 커플러곡선의 식부궤적을 가져 밀림거 리가 크고, 식부개공기가 45°의 각도로 토양 속으로 삽입되었다가 토출될 때도 45°로 나오기 때문에 묘 의 식부자세가 비스듬하게 심겨질 것으로 판단된다. 4절 링크-캠 방식은 사다리꼴 모양의 식부궤적을 가지며, 양파정식기의 식부개공기는 4절 링크에 의 해 상하행정만 한다. 여기서 캠이 양파정식기의 주 행거리만큼 식부개공기를 밀어주기 때문에 토양-식 부개공기 상대속도를 0으로 만들 수 있는 구조이다. 하지만 본 시험에 사용된 4절 링크-캠 방식 식부장 치의 캠은 양파정식기에 적합하지 않는 형상을 갖는 것으로 판단된다.

    본 시험에서 밀림거리가 가장 작은 경우는 로터리 방식 식부장치로 주간거리 150mm로 정식할 때이며 밀림거리는 4.89mm로 나타났다. 이는 전체적으로 로터리 방식이 평균적으로 밀림거리가 작게 나타났 지만 로터리 방식 구조상 토양-식부개공기 상대속 도가 0이 될 가능성은 없다고 판단된다. 하지만 4절 링크-캠 방식은 수직으로 상하행정만 하는 식부개 공기를 양파정식기의 주행거리만큼 캠이 밀어 토양 -식부개공기 상대속도 0으로 만들 수 있는 구조이 기 때문이다. 따라서 캠의 모형을 수정하면 토양-식 부개공기 상대속도가 0으로 될 수 있다고 판단된다.

    Figure

    JALS-49-289_F1.gif

    A wheel type transplanting device and a locus.

    JALS-49-289_F2.gif

    A rotary type transplanting device and a locus.

    JALS-49-289_F3.gif

    A 4bar link type transplanting device and a locus.

    JALS-49-289_F4.gif

    A 4bar link-cam type transplanting device and a locus.

    JALS-49-289_F5.gif

    Loci of a transplanting hopper with row space of 130mm.

    JALS-49-289_F6.gif

    Loci of a transplanting hopper with row space of 140mm.

    JALS-49-289_F7.gif

    Loci of a transplanting hopper with row space of 150mm.

    Table

    Size of each transplanting device

    Pushed distance of each transplanting device to row space

    Reference

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