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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.51 No.6 pp.145-158
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2017.51.6.145

Operational Characteristics Analysis of Roller-type Pot-seeding Machine for Onion

Seok-Joon Hwang , Hyo-Seok Kang , Ah-Yong Oh , Ju-Seok Nam *
Dept. of Biosystems Engineering, Kangwon National University, Chuncheon, Gangwon, 24314, Korea
Corresponding author : Ju-Seok Nam +82-33-250-6497+82-33-250-5561njsg1218@kangwon.ac.kr
20170215 20170601 20170628

Abstract

We analyzed the operational characteristics of a roller-type onion seeding machine used in Korea. The components and working mechanism of the seeding machine were analyzed. Also, translational speed of pot tray and rotational speed of rollers were investigated through the analysis and measurement of the power path. The quantity of soil compression by rollers was analyzed using commercial dynamic analysis program. In this study, the translational speed of pot tray was 7.49×10-2 m/s and the rotation speed of four rollers were 22.13 rpm. The center depth of bed soil compaction for each roller was 9.8 mm approximately. The main performance parameters of roller-type seeding machine were the end shape of rollers, the speed of pot tray and a roller, friction coefficient and the hole size/shape of seeding device. The optimization of these parameters by simulation and experiment is necessary as a future research.


롤러식 양파 파종기의 작동 특성 분석

황 석준
, 강 효석
, 오 아용
, 남 주석
*
강원대학교 농업생명과학대학 바이오시스템공학과

초록

본 연구에서는 국내에서 주로 사용되는 롤러식 양파 파종기의 작동 특성을 분석하였다. 롤러식 양파 파종기의 주요 구성요소 및 전체 작동 메커니즘을 분석하였다. 또한, 동력전달경로를 분석하여 주요 성능인자인 포트의 이동속도와 롤러의 회전속도를 파악하였으며 계측을 통하여 검증하였다. 롤러식 양 파 파종기의 주요부에 대한 3D모델링 및 시뮬레이션을 수행하였으며 이를 바탕으로 롤러에 의한 상토 의 압축정도를 파악하였다. 본 연구를 통해 파악한 포트트레이의 이동속도는 7.49×10-2m/s이며 4개 의 롤러의 회전속도는 모두 22.13rpm인 것으로 나타났다. 롤러 돌기에 의한 상토 압축 정도는 약 9.8×10-3m인 것으로 나타났다. 롤러식 양파 파종기의 주요 성능 파라미터는 롤러 돌기 형상, 포트트레 이 및 롤러 속도, 배종드럼의 표면마찰계수 및 구멍크기/형상인 것으로 판단되며 향후 연구로써 시뮬레 이션 및 시험을 통한 파라미터의 최적화가 필요하다.


    서론

    국가의 식량자급률은 국민의 식생활 및 식량안보 와 직결되는 중요한 문제이다. 하지만 우리나라는 평지보다 산지가 많기 때문에 작물재배에 많은 제 약이 따른다. 우리나라 전체 경지면적 대비 밭작물 재배면적은 46% 수준이며(KOSIS, 2015), 밭작물 재 배지역이 분산되어 있어 기계를 이용한 작물생산의 효율성이 낮다. 또한 소·중농의 농기계 구매 능력 부족 등의 복합적인 요인으로 인해 밭작물 농기계 의 보급이 활발하지 못한 상황이다. 2011년 국내 농가의 밭작물 재배 기계화율은 평균 55.7% 수준이 며 특히 파종작업의 기계화율은 4% 미만으로 다른 작업에 비해 현저히 낮다(Lee et al., 2014).

    현재 우리나라 양파생산을 담당하는 농촌 환경의 변화와 노동인구의 고령화로 인해 양파를 재배하는 농가에서는 매년 파종인력 부족으로 적기에 파종작 업을 완료하지 못해 수확시기가 불안정해지는 문제 를 겪고 있다. 파종작업이 장기화되면 수확시기에 양파의 생육 차이가 나타난다. 농민들은 생육이 완 료된 양파만을 수확하기 위해 많은 노동력을 장기간 에 걸쳐 소모하거나, 생육의 차이를 보이는 양파를 획일적으로 수확하여 상품성이 낮아지는 문제점을 겪고 있다.

    국내의 양파재배농가에 보급되고 있는 기계식 파 종기는 양파 파종에만 사용할 수 있도록 제작된 제 품이므로 농가에서는 1년 중 양파 파종시기에만 사 용하고 그 외의 시기에는 방치하여 효용성이 낮다. 또한 국내에서 사용되는 기계식 양파 파종기 가격은 작동방식에 따라 약 1,000~6,000만원의 고가이므로 국내 양파 농가의 대다수를 차지하는 소·중농은 공 동으로 파종기를 구매하여 사용하고 있는 실정이다.

    이러한 여건을 종합하면 국내 양파재배 농가의 특 성에 맞추어 성능 및 경제성을 만족시키며 양파 외 작물의 파종에도 사용할 수 있도록 범용성을 갖춘 파종기의 개발이 필요하다. 처음부터 새로운 설계를 하는 것보다 현재 사용되고 있는 기계식 양파 파종 기의 개선 설계를 통해 그 목적을 달성하는 것이 시 간과 비용 측면에서 효율적이다. 본 연구에서는 국 내 주요 밭작물인 양파, 배추, 고추에 적용 가능한 통합형 파종기 개발을 위한 선행 연구로써 국내에서 사용되는 롤러식 양파 파종기의 특성을 분석하였다.

    국내 양파 파종기 종류

    국내 양파재배 농가에서 주로 사용되고 있는 파종 기는 소립종자 간이파종기와 수동식 파종기, 반자동 식 파종기, 기계식 파종기가 있다. 소립종자 간이파 종기(Fig. 1A)는 종자통, 배종판, 스프링 등으로 구 성된다. 작동 메커니즘은 종자통에 저장되어 있던 종자가 배종판에 위치하면 스프링을 이용해 입구를 개폐하여 종자를 방출한다. 이 때, 종자는 포트트레 이의 구멍으로 자유낙하한다. 소립종자 간이파종기 는 1립씩 수작업으로 파종을 하는 타입으로 배추, 고추, 양파 등 소립종자를 포트트레이에 정밀하게 파종 가능하다(Park et al., 2002). 수동식 파종기 (Fig. 1B)는 파종판, 배종도관, 종자함 등으로 구성 된다. 작동 메커니즘은 수작업으로 파종판의 구멍에 종자를 배치한 후 파종판을 열어 종자를 방출한다. 종자는 배종도관을 따라 포트트레이의 구멍으로 이 동한다. 수동식파종기는 수작업으로 한꺼번에 많은 종자를 파종하는 타입으로 파종판의 구멍 위치와 포 트트레이의 구멍 위치가 일치하여 파종 정밀도가 높 다. 반자동식 파종기(Fig. 1C)는 파종판과 송풍기로 구성된다. 작동 메커니즘은 송풍기를 이용하여 파종 판을 진공상태로 만들어 종자를 흡착한다. 포트트레 이 위에 파종판을 배치하고 송풍기의 공기흐름을 차 단하여 종자를 배출한다. 종자는 포트트레이의 구멍 으로 자유낙하한다. 반자동식 파종기는 수작업으로 한꺼번에 많은 종자를 파종하는 타입으로 종자 흡착 상태를 육안으로 확인할 수 있으므로 결파를 방지할 수 있다(Min et al., 1998).

    소립종자 간이파종기, 수동식 파종기, 반자동식 파종기는 일부 또는 전체 파종작업에 인력이 소요되 는 반면 기계식 파종기는 대부분의 공정이 자동으로 진행되어 인력 소요가 매우 작은 장점이 있다. 국내 에서 사용되는 기계식 파종기는 진공노즐식과 롤러 식이 있으며 특징은 아래와 같다.

    1.진공노즐식 파종기

    진공노즐식 파종기(Fig. 1d)는 컨베이어와 호퍼, 가 진기, 노즐, 노즐대, 공압실린더, PLC(Programmable Logic Controller)로 구성된다. 작동 메커니즘은 컨 베이어에 의해 포트트레이가 이동하고 센서가 포트 트레이의 구멍을 감지하면 노즐이 진공상태가 되고 실린더는 노즐의 위치를 호퍼 위로 이동시킨다. 노 즐은 진공상태 유지, 종자 흡착, 이동, 진공상태 해 제의 과정을 통해 포트트레이 구멍으로 종자를 방출 한다(Kim et al., 2003; Chang et al., 2006). 포 트트레이의 규격이 바뀔 때마다 노즐을 좌우로 조절 하여 포트트레이의 구멍 위치에 맞출 수 있기 때문 에 농가에서 사용하기 편리하며 작업 범위는 파종 및 관수를 포함한다.

    2.롤러식 파종기

    롤러식 파종기(Fig. 1e)는 배종장치, 롤러, 이송장 치, 호퍼, 자동 포트투입장치 등으로 구성된다. 작동 메커니즘은 자동 포트투입장치에 의해 포트트레이가 공급되고 하부의 체인장치에 의해 이동하면 순차적 으로 호퍼에 의한 상토투입, 롤러에 의한 상토압축, 배종장치에 의한 종자파종, 호퍼에 의한 복토 순으 로 작업이 이루어진다. 롤러식 파종기는 파종작업만 수행할 수 있으며 관수는 포함하지 않는다.

    3.기계식 파종기의 비교분석

    진공노즐식 파종기는 롤러식에 비해 정밀도가 높고 종자를 코팅 없이 원형으로 사용할 수 있는 장점이 있는 반면, 고가이고 시간당 작업 공수가 작다. 농가 에서 사용되는 롤러식 파종기의 가격은 진공노즐식 파종기 대비 약 20% 수준으로 저가이며 롤러식 파종 기의 시간당 작업공수는 진공노즐식 대비 약 250% 수준으로 작업 효율이 높다. 반면, 롤리식 파종기는 전용 트레이를 사용해야 하고 수작업으로 관수를 해 야 한다(Helperrobotech, 2016; Jukam, 2016).

    정밀도는 진공노즐식 파종기가 더 우수하나 가격 과 작업성 측면에서는 롤러식 파종기가 뛰어나다. 국내 양파 재배 농가들의 파종기 구매 여력 및 빠른 파종이 필요한 현실을 고려하면 롤러식 파종기가 국 내의 여건에 더 적합한 것으로 판단된다. 롤러식 파 종기를 대상으로 정밀도를 향상시키고 범용성을 갖 추도록 하는 개선 설계를 하는 것이 파종작업의 기 계화율을 높이는 가장 효율적인 전략일 것으로 판단 된다. 따라서, 본 연구에서는 롤러식 파종기를 타겟 으로 하여 작동 특성을 분석하였다.

    롤러식 양파 파종기의 작동 특성 분석

    1.주요 구성요소

    롤러식 파종기의 전체 구성요소 및 형상은 Fig. 2 과 같다. 파종작업은 상토 1차 공급(Hopper-1), 상 토 1차 압축(Roller-1), 상토 2차 공급(Hopper-2), 상토 2차 압축(Roller-2), 상토 3차 압축(종자 위치 조정, Roller-3), 종자 공급(Seeding device), 종자 및 상토 4차 압축(종자 고정, Roller-4), 복토 공급 (Hopper-3) 순으로 이루어진다. 파종성능에 영향 을 미치는 핵심 요소는 배종장치(Seeding device), 롤러(Roller), 포트트레이(Pot tray)이며 그 외에 포 트트레이를 공급해주는 자동공급장치(Auto feeding device), 상토를 보관하고 공급해주는 상토함(Hopper), 파종기의 작동이 가능하도록 하는 동력원(Power source)이 포함된다. 핵심 요소별 세부 특징은 아래 와 같다.

    1.1.배종장치

    배종장치(Fig. 3)는 종자보관함(Seed box), 종자량 조절장치(Seed controller), 파종드럼(Seed drum)으 로 구성된다. 종자는 파종드럼에 투입되기 전 종자 보관함에 저장되고 속도 조절장치를 통해 파종드럼 에 투입되는 종자들의 양이 결정된다. 파종드럼의 열에는 포트트레이 열과 동일한 수의 구멍이 뚫려있 어 파종드럼에 투입된 종자들은 파종드럼의 구멍에 하나씩 정렬된다. 포트트레이가 이동하여 파종드럼 과 맞물리면 파종드럼은 포트트레이와의 면대면 접 촉을 통해 회전하며(Fig. 4) 파종드럼 구멍과 포트 트레이의 위치가 일치하는 순간 파종드럼의 종자들 이 포트트레이로 낙하하여 파종된다.

    1.2.롤러

    롤러식 양파 파종기에는 총 4개의 롤러가 사용된 다. 롤러-1은 포트트레이 위에 충전된 상토를 1차 압축하는 역할을 하며 포트트레이와 맞물리는 순간 에만 회전한다. 롤러-2는 포트트레이 위에 충전된 상토를 2차 압축하는 역할을 하며 스프라켓과 기어 를 통해 동력을 전달받아 상시로 회전한다. 롤러-3 은 종자드럼에서 낙하하는 종자가 착지할 공간을 만 들기 위해 포트트레이 위에 2차 충전된 상토를 3차 압축한다. 롤러–3은 롤러-1과 동일하게 포트트레이 와 맞물리는 순간에만 회전한다. 롤러-4는 포트트 레이에 투입된 종자를 상토에 안정적으로 고정하기 위해 종자 및 상토를 마지막으로 압축한다. 롤러–4 는 롤러-2와 동일하게 스프라켓과 기어를 통해 동 력을 전달받아 회전한다. 4가지 롤러의 형태는 Fig. 5 와 같다.

    각 롤러의 돌기 형상은 Fig. 6과 같다. 롤러-1은 포트에 투입된 상토를 1차 압축하며 롤러-2는 1차 압축 후, 추가적으로 투입된 상토를 2차 압축한다. 롤러-3은 종자가 투입될 공간을 마련하기 위해 2차 압축하며 롤러-4는 종자의 안정적인 고정을 위해 4 차 압축한다. 이에 따라 롤러-1과 롤러-3의 돌기 형상은 서로 동일하며 롤러-2와 롤러-4는 이들과 다르다. 롤러-1(롤러-3) 및 롤러-4의 경우 돌기 끝 단 단면이 사다리꼴 형태이며 롤러-2의 돌기 끝단 단면은 반원 형태이다. 네 롤러의 돌기 높이는 19.21mm로 모두 동일하고, 롤러-2의 돌기 끝단 반 경은 6.26mm이며 롤러-1(롤러-3) 및 롤러-4의 돌 기 끝단 최소폭은 각각 2.17mm, 4mm이다.

    1.3.포트트레이

    롤러식 양파 파종기에 사용되는 포트트레이(Fig. 7) 은 448공이며 총 길이(L)는 619mm, 총 폭(W)은 315mm, 구멍 높이(H)는 25mm, 구멍 직경(D)은 16mm이다. 내구성이 우수한 소재를 사용하여 장기 간 사용 및 보관이 가능한 장점이 있다.

    2.동력전달경로

    롤러식 파종기 주요부의 동적 거동 분석을 통해 동력전달경로를 분석하였다. 전체 동력전달경로는 Fig. 8와 같다. 동력원은 DC 모터와 감속기 조립체 이며 모터 회전속도는 1770rpm, 감속기의 감속비는 100:1이므로 동력원 출력 축의 회전속도는 17.7rpm 이다. 동력원의 출력은 포트트레이, 롤러-2 및 롤러 -4로 전달되며, 동력전달요소로는 체인-스프라켓 및 기어가 사용된다. 파종기 전체에 스프라켓은 5개, 기어는 4개가 사용되며 각 스프라켓 및 기어의 잇수 는 Table 1과 같다.

    포트트레이가 공급되면 스프라켓–1과 연결된 체인 이 포트트레이의 바닥면에 고정된다. 동력원의 동력 이 스프라켓–1과 체인을 통해 포트트레이로 전달되 면 포트트레이는 특정한 선속도로 이동하며 롤러-1, 롤러-2, 롤러-3, 배종장치, 롤러-4를 거쳐 정지한 다. 이 때, 롤러-1, 롤러-3 및 배종장치의 파종드 럼은 포트트레이를 통해 동력을 전달받는 형태로, 포트트레이가 이동하여 면대면 접촉을 하는 순간 에만 회전하게 된다. 식 (1)은 체인-스프라켓에서 체인의 선속도를 결정하는 식(Tsubakimoto chain, 2013)이다. 포트트레이는 체인과 맞물려 같은 속 도로 이동하기 때문에 식 (1)을 통해 포트트레이 의 선속도를 결정할 수 있으며, 계산된 선속도는 7.49×10-2m/s이다.

    V p o t = P × Z × n 1000
    (1)

    여기서,

    • Vpot: translational speed of pot tray, m/min

    • P : pitch of chain, mm

    • Z′: number of teeth for smaller sprocket

    • n : rotational speed of smaller sprocket, rpm

    롤러-1, 롤러-3 및 파종드럼은 7.49×10-2m/s로 이동하는 포트트레이와 면대면 접촉으로 회전하며 롤러-1, 롤러–3과 파종드럼의 피치 반경은 각각 3.23×10-2m, 3.23×10-2m, 8.85×10-2m이다. 롤러–1, 롤러-3 및 파종드럼의 회전속도는 식 (2)를 통해 결 정할 수 있으며(Meriam & Kraige, 2008) 계산된 롤러-1, 롤러-3 및 파종드럼의 회전속도는 각각 22.13rpm, 22.13rpm 및 8.09rpm이다. 포트트레이 의 이동속도에 맞춰 상토를 압축하고 종자를 공급하 기 위해서는 롤러와 파종드럼의 피치선속도가 프트 트레이의 이동속도와 동일해야 한다. 롤러와 파종드 럼의 피치 반경이 서로 다르므로 동일한 피치선속도 를 얻기 위한 회전속도는 서로 다르게 나타난다.

    ω r s = V p o t r r s
    (2)

    여기서,

    • ωrs : rotational speed of roller(or seed drum), rad/s

    • Vpot: translation speed of pot tray, m/s

    • rrs : pitch circle radius of roller(or seed drum), m

    또한, 롤러-2는 스프라켓–2와 스프라켓–3, 기어-1 과 기어-2를 통해 동력을 전달받아 상시로 회전한다. 롤러-2의 회전속도는 식 (3)을 통해 결정할 수 있으 며(Publish committee for mechanical terminology, 1990) 계산된 속도는 22.13rpm이다.

    N r 2 = Z g 1 Z g 2 × Z s 3 Z s 2 × N i n p u t
    (3)

    여기서,

    • Nr2 : rotational speed of roller-2, rpm

    • Zg1 : number of teeth for gear-1

    • Zg2 : number of teeth for gear-2

    • Zs2 : number of teeth for sprocket-2

    • Zs3 : number of teeth for sprocket-3

    • Ninput : rotational speed of motor, rpm

    마지막으로, 롤러-4는 스프라켓–2와 스프라켓–3, 스프라켓–4와 스프라켓–5, 기어–3과 기어–4를 통해 동력을 전달받아 상시로 회전한다. 롤러-4의 회전 속도는 식 (4)를 통해 결정할 수 있으며(Publish committee for mechanical terminology, 1990) 계 산된 속도는 22.13rpm이다.

    N r 4 = Z g 3 Z g 4 × Z s 3 Z s 2 × Z s 5 Z s 4 × N i n p u t
    (4)

    여기서,

    • Nr4 : rotational speed of roller-4, rpm

    • Zg3 : number of teeth for gear-3

    • Zg4 : number of teeth for gear-4

    • Zs2 : number of teeth for sprocket-2

    • Zs3 : number of teeth for sprocket-3

    • Zs4 : number of teeth for sprocket-4

    • Zs5 : number of teeth for sprocket-5

    • Ninput : rotational speed of motor, rpm

    결과적으로 포트트레이를 통해 동력을 전달받는 롤러-1과 롤러-3, 스프라켓과 기어를 통해 동력을 전달받는 롤러-2와 롤러-4의 회전속도는 모두 동일 하다.

    회전속도와 선속도를 측정할 수 있는 타코미터를 이용하여 포트트레이 이동속도 및 롤러의 회전속도 를 계측하였다(Fig. 9). 타코미터의 제원은 Table 2 와 같으며 계측 결과 상기 수식을 통해 도출한 속도 와 계측을 통해 도출한 속도가 모두 동일하였다.

    3.롤러 궤적 시뮬레이션

    파종기에 적용되는 4개의 롤러는 상토를 압축하 고 종자 파종깊이를 결정하는 역할을 하는 중요한 요소이다. 특히, 롤러 끝단 궤적이 압축량과 파종깊 이를 결정하는 인자이다. 상용 동역학 해석 프로그 램(Recurdyn V8R5, Functionbay, Korea)을 이용한 시뮬레이션을 통해 롤러 끝단의 궤적을 분석하였다.

    3.1.3D 모델링

    시뮬레이션을 위해 롤러식 파종기에 대한 3D 모 델링을 수행하였다. 핵심 요소인 포트트레이, 롤러, 배종장치는 고정밀도의 3D 스캐너를 이용하여 측 정한 치수를 사용하였으며(Fig. 10) 기타 구성요소 및 지지 프레임은 줄자와 각도기를 이용한 실측 치 수를 사용하였다. 사용된 3D 스캐너의 제원은 Table 3과 같으며, 핵심 요소 및 전체 파종기의 모 델링 형상은 Fig. 11과 같다.

    3.2.물성치 및 시뮬레이션 조건

    배종장치와 롤러는 강철(steel)재질로 구성되므로 시뮬레이션을 위한 물성치는 강철의 밀도(density), 프와송비(Poisson’s ratio), 영률(Young’s modulus)을 적용하여 각각 7.85×103kg/m3, 0.29, 205GPa을 사 용하였다. 포트트레이는 PP(polypropylene) 80%와 EPR(ethylene-propylene rubber) 17%, 착색제 및 안 정제 3%로 구성된다(MAFRA & GNARES, 2015). 시뮬 레이션을 위한 물성치는 포트트레이 구성 재질 중 대 다수를 차지하는 PP의 물성치를 적용하여 밀도, 프와 송비 및 영률을 각각 0.95×103kg/m3, 0.46, 0.7GPa 을 사용하였다(Prism, 2014; Matbase, 2016). 해 석 조건으로서 중력의 영향을 고려하였으며(중력가 속도 9.81m/s2 적용) 주요부를 구성하는 축과 기 어, 스프라켓의 정지마찰계수와 운동마찰계수를 각 각 0.74, 0.57로 설정하였다(Engineers edge, 2017). 포트트레이의 선속도, 동력원 출력축의 회전속도는 동력전달경로 분석에서 얻어진 값을 사용하였다. 실 제 작동 조건을 반영하여 파종드럼, 롤러–1 및 롤러–3 은 포트트레이와의 면대면 접촉을 통해 회전하도록 하였다. 롤러–2와 롤러–4의 회전속도는 동력전달경로 상에 위치한 스프라켓과 기어의 잇수비를 반영하여 coupler constraint와 gear constraint를 사용하여 시뮬레이션하였다.

    3.3.시뮬레이션 결과

    시뮬레이션 결과 파종드럼의 회전속도는 90rpm, 네 롤러의 회전속도는 모두 22.13rpm으로 나타나 실제 작동 조건과 동일함을 확인하였다. 또한 파종 드럼이 회전할 때 파종드럼의 구멍과 포트트레이의 구멍의 위치가 일치함을 확인하였다.

    시간에 따른 롤러-3의 돌기 끝단 궤적은 Fig. 12 와 같다. 롤러 돌기 끝단은 롤러의 회전 중심축을 기준으로 원형 궤적을 가지며, 롤러 돌기의 중심부 가 포트트레이 구멍의 가운데 부분에 이르렀을 때 가장 깊게 들어가는 것을 확인할 수 있다. Fig. 13 은 롤러 돌기 끝단 궤적을 시간에 따른 그래프로 나타낸 것으로 포트트레이의 최상단부를 기준으로 롤러 돌기 끝단은 약 9.8×10-3m 깊이까지 내려가 는 것을 확인할 수 있다. 4개의 롤러에서 돌기 높이 는 모두 동일하므로 롤러–1, 롤러–2 및 롤러–4의 끝 단 궤적 및 깊이도 롤러–3에서와 동일한 경향을 보 였다.

    결과 및 고찰

    본 연구에서는 기계식 양파 파종기 중 롤러식 파 종기를 대상으로 작동 특성을 분석하였다. 주요 구 성요소 및 전체 작동 메커니즘을 분석하였으며 동력 전달경로를 분석하여 주요 성능인자인 포트트레이의 이동속도와 롤러의 회전속도를 파악하였다. 또한 3D모델링 및 시뮬레이션을 통해 롤러 돌기의 궤적 을 분석하였다. 본 연구에서 분석된 롤러식 파종기 의 주요 특징은 아래와 같다.

    • 1) 주요 구성요소는 네 개의 롤러, 두 개의 상토함, 하나의 복토함, 배종장치 등이다.

    • 2) 파종작업은 상토 1차 공급(상토함–1), 상토 1차 압축(롤러–1), 상토 2차 공급(상토함–2), 상토 2차 압축(롤러–2), 상토 3차 압축(종자위치 조정, 롤러–3), 종자 공급(배종장치), 종자 및 상토 4차 압축(종자 고정, 롤러–4), 복토 공급(복토함)의 메 커니즘으로 수행된다.

    • 3) 동력원은 DC모터와 감속기 조립체이며 스프라켓– 체인 및 기어장치를 통해 기계식으로 동력을 전 달하므로 동력전달 효율 및 내구성이 우수하다.

    • 4) 롤러–2와 롤러–4는 동력원을 통해 동력을 전달받 고(상시 회전), 롤러-1과 롤러–3은 이동하는 포 트트레이로부터 동력을 전달받는다(포트트레이와 맞물리는 경우에만 회전).

    • 5) 동력원 출력축의 회전속도는 17.7rpm이다. 또한, 포트트레이의 이동속도는 7.49×10-2m/s이며 4개 의 롤러의 회전속도는 모두 22.13rpm이다.

    • 6) 동역학 해석결과 포트트레이에 충전된 상토는 롤러 돌기에 의해 약 9.8×10-3m 압축된다.

    • 7) 주요 성능 파라미터는 롤러 돌기 형상, 포트트레이 및 롤러 속도, 배종드럼의 표면마찰계수 및 구멍 크기/형상인 것으로 판단된다.

    기계식 파종기의 경우, 코팅된 종자의 권고 파종 깊이는 7×10-3m이다. 본 연구를 통해 나타난 롤러 돌기에 의한 상토압축 정도는 약 9.8×10-3m로 권 고 파종 깊이와 약 2.8×10-3m정도 차이를 나는 것 으로 나타났다(RDA, 2016). 향후 연구로써 시뮬레 이션 및 시험을 통한 파종기 주요 파라미터의 최적 화가 필요하다고 판단된다.

    감사의 글

    본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림수 산식품기술기획평가원의 농림축산식품연구센터지원 사업의 지원을 받아 연구되었음(716001-7).

    Figure

    JALS-51-145_F1.gif

    Types of domestic onion seeding machines.

    JALS-51-145_F2.gif

    Components of roller-type pot seeding machine.

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    Seeding device of roller-type pot seeding machine.

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    Hole alignment of seed drum and pot tray.

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    Picture of rollers for roller-type pot seeding machine.

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    Shape of roller ends for roller-type pot seeding machine.

    JALS-51-145_F7.gif

    Pot tray of roller-type pot seeding machine.

    JALS-51-145_F8.gif

    Power path of roller-type pot seeding machine.

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    Speed measurement using tachometer.

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    3D Scanning for main parts of roller-type pot seeding machine.

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    3D Modeling of roller-type pot seeding machine.

    JALS-51-145_F12.gif

    Trajectory of roller end over time: (a)→(b)→(c)→(d).

    JALS-51-145_F13.gif

    Relative trajectory of roller end with regard to pot tray.

    Table

    Number of teeth of each sprocket and gear

    Specifications of tachometer

    Specifications of 3D scanner

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