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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.3 pp.111-120
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.3.111

A Study on The Performance Improvement of Foreign Materials Separating System for a Pepper Harvester

Myung-Hee Lee1, Young-Sun Kang2, Dae-Cheol Kim1,3, Yong-jin Cho1,3*
1Department of Bio-Industrial Machinery Engineering, Jeonbuk National, University, Jeonju, 54896, Korea
2Research & Development Institute, Tongyang Moolsan Co., Ltd., Gongju, 32530, Korea
3Institute for Agricultural Machinery & ICT Convergence, Jeonbuk National University, Jeonju, 54896, Korea
*Corresponding author: Yong-jin Cho Tel: +82-63-270-2615 Fax: +82-63-270-2620 E-mail: choyj@jbnu.ac.kr
March 16, 2020 ; May 26, 2020 ; June 9, 2020

Abstract


This study was conducted to improve the performance of a foreign materials separating system. The floating velocity of pepper fruits and the foreign material in the raw and dried samples were measured for three pepper varieties. The results showed that the floating velocity of the raw pepper fruit was 11.5-14.3 m/s, the raw pepper stems was 10.9-12.5 m/s, the raw pepper leaves was 3.45-5.42 m/s, the dry pepper fruit was 10.89-12.1 m/s, the dry pepper stems was 8.35-9.54 m/s, and the dry pepper leaves was 2.74-5.14 m/s. Wind speed at each position of the winnowing machine was measured with the addition of wind guides. After the wind guides were added, the deviation of the left and right wind speeds was reduced. The efficiency of foreign materials separation and the ratio of stagnant foreign materials were analyzed by the addition of wind guides and the position of a collection guide. The results of the factor experiments were analyzed by two-way analysis of variance (ANOVA). The results of factor experiments showed that. As for the addition of wind guides, the separation efficiency of foreign materials was an average of 25.40–47.00% of the existing winnowing machine, which was higher than the wind winnowing machine with added wind guides. As for the collection guide position in the front-middle condition, the separation efficiency of the foreign materials and the ratio of stagnant foreign materials for existing winnowing machine were 47.0% and 7.2%, respectively. As for same condition, the separation efficiency of the foreign materials and the ratio of stagnant foreign materials were 34.2% and 2.6%, respectively for winnowing machine with three wind guides. For winnowing machine with five wind guides, the separation efficiency of the foreign materials and the ratio of stagnant foreign materials were 34.2% and 2.6%, respectively. Considering the separation efficiency of the foreign materials and the ratio of stagnant foreign materials, the best condition of the winnowing machine is with three wind guides for the collection guide position in the front-middle condition.



고추수확기용 이물질 선별부의 성능 개선에 관한 연구

이 명희1, 강 영선2, 김 대철1,3, 조 용진1,3*
1전북대학교 생물산업기계공학과
2동양물산기업 중앙기술연구소
3전북대학교 농업기계ICT융합연구소

초록


본 연구는 고추수확기의 이물질 선별부의 선별성능을 분석하기 위해 수행하였다. 고추 품종 3가지에 대하여 건조하지 않은 시료와 건조한 시료의 고추 과실 및 이물질의 부유 속도를 측정하였다. 각 시료의 부유 속도를 측정한 결과, 건조하지 않은 고추 과실, 고추 줄기, 고춧잎은 각각 11.5-14.3 m/s, 10.9-12.5 m/s, 3.45-5.42 m/s 로 나타났다. 건조한 고추 과실, 고추 줄기, 고춧잎의 부유속도는 각각 10.89-12.1 m/s, 8.35-9.54 m/s, 2.74-5.14 m/s로 나타났다. 이물질 선별부 요인 실험 장치를 제작하고, 풍향 가이드 3개, 5개를 추가한 풍구를 제작하여 풍향 가이드 추가에 따른 풍속을 측정하였으 며 그 결과, 풍향 가이드 추가한 풍구의 좌우 풍속의 편차가 풍향 가이드를 추가하지 않은 풍구의 풍속 편차보다 낮았다. 풍구 가이드의 갯수와 수집 가이드의 위치에 따라 이물질 선별률, 이물질 정체율을 조사하고, 그 결과를 반복이 있는 이원배치법을 사용하여 통계분석을 실시하였다. 수집 가이드 위치를 전방 중앙 기준으로 풍향 가이드를 추가하지 않은 풍구 이물질 선별률과 이물질 정체율은 각각 47.0%, 7.2%로 나타났다. 풍향 가이드를 3개 추가한 경우 이물질 선별율과 정체율은 각각 34.2%, 2.6% 였으며, 풍향 가이드 5개를 추가한 경우 각각 31.1%, 0.8%로 나타났다. 이물질 선별 및 정체를 고려하였을 때 풍향 가이드 3개를 추가하고 수집 가이드 위치를 전방 중앙 조건에서 최적인 조건으로 판단된다.



    서론

    고추는 매운맛과 향을 가지고 있어 여러 음식의 주 양념으로 사용되며, 국내 조미 채소 재배면적 중 30.76%를 차지하는 중요한 작물이다. 우리나라의 고추 재배면적은 2013년 45,360ha에서 지 속적인 감소 추세를 보이며 2018년 28,824ha까지 감소하였다. 또 한 농촌 농가의 인구감소와 고령화로 인해 노동력이 부족한 상황이 며, 고추 재배 시 10a당 노동력투입시간은 155.2 시간으로 기계화 가 전혀 이루어지지 않아 고추수확작업의 기계화가 절실히 필요하 다(KOSTAT, 2018).

    고추 수확작업의 기계화를 위하여 국내에서 소규모 재배 농가를 위한 보행관리기 부착형 고추수확기와 1 ha 이상 재배 농가에 적합 한 중형 및 대형 자주식 고추 수확기 개발이 지속적으로 수행되고 있다(Byum et al., 2018, Jo et al., 2018, Kang et al., 2016;Kim et al., 2017;Nam et al., 2017;Nam et al., 2018). 보행 관리기 부착형 고추수확기를 사용하여 고추 수확 시 선별성능이 낮아 고추 식물체 5주 이상을 수확하게 되면 수집부의 용량이 부족하다는 문제점이 나타났다(Kim, 2018). 또한 수집 가이드 양 끝부분에 일부 잎과 줄기가 쌓이는 문제점이 지속적으로 발생하여 이물질 선별장치의 성능 개선에 대한 추가적인 연구가 절실히 요구되고 있다(Kim, 2019).

    풍력 선별은 여러 농작물의 수확시 이물질 선별에 이용되며 곡물 선별에 대한 연구가 대부분이다(Kim & Lim, 2005;Noh et al., 2013;Yoon et al., 2017). 특히 밭작물 수확을 위한 콤바인에도 풍력을 이용한 이물질 선별 기술이 적용되어 있다(Jun et al., 2018;Lee et al., 2018;Yoo et al., 2018). 풍력 선별은 고체 입자가 공기 중에서 낙하하는 데 있어서 그 입자의 비중, 입도, 형태 등에 따라 낙하 속도가 달라지는 것을 이용하여 선별하는 방법이다. 보행관리 기 부착형 고추수확기는 현재 풍구 선별 성능이 낮아, 현장에서 수확물을 수집만 하고 있는 실정이다. 수집된 수확물을 제작된 선별 기를 이용하여 추가적으로 선별작업을 실시하고 있다(Choi et al., 2008;Choi et al., 2010;Jo et al., 2018;Lee et al., 2016).

    본 연구는 고추 수확기 선별부의 이물질 선별 성능을 분석하고 선별 성능 개선 방향을 제시하는데 있다. 구체적인 목적으로는 첫 째, 고추 과실과 이물질인 고추 줄기 및 고춧잎이 배출되는 속도를 확인하기 위해 부유속도를 측정한다. 둘째, 이물질 선별부의 주요 설계 요인인 수집 가이드의 위치 및 풍향 가이드 형상 따른 선별 성능을 측정한 실험 결과에 대하여 통계분석을 실시하고, 선별성능 개선안을 제시한다.

    재료 및 방법

    1. 사용 시료

    실험에 사용된 고추 시료는 부유 속도 측정 시 사용한 시료는 AR 레전드, 매운탄, 적영품종이며, 이물질 선별요인 실험 시 AR 탄저박사 품종을 사용하였다. AR 레전드, 매운탄, 적영, AR 탄저 박사 품종은 모두 일시 수확형 품종으로 개발중에 있다. 부유 속도 측정에 사용한 시료들은 2019년 9월 5일에 일시 수확 후 건조과정 을 거치지 않고, 다음날 부유 속도 측정에 사용하였으며, 건조과정 을 거친 시료는 9월 11일에 부유 속도 측정에 사용하였다.

    사용 시료에 관하여 고추 과실에 대하여 품종당 고추 과실 10개 를 무작위로 선정하여 물성 측정하였다(Fig. 1). 각 고추과실의 과 실 길이, 과실 직경, 과실 무게 총 3가지의 물성을 측정하였다 (Fig. 2, Table 1). 물성측정 기준은 그림 1에서와 같고 과실 길이는 꼭지 부분을 뺀 과실의 길이, 과실 직경은 과실의 최대 직경, 과실 무게 는 꼭지를 포함한 과실의 무게로 조사하였다. 시료는 고추 과실, 고추 줄기, 고춧잎 3가지로 나누어 준비하였다. 고추 줄기는 Jo at al.(2018)의 선별부 요인실험 시료 제작 방법을 참고하여 준비하 여, 고추 줄기 길이를 200 mm로 잘라 준비하였다. 부유 속도 측정 시 시료를 3가지 고추 품종에 대하여 건조하지 않은 시료와 건조한 시료로 나누어 사용하였고, 건조한 시료는 55℃에서 고추 과실과 줄기는 3시간, 잎은 30분 동안 오븐에서 항온 건조한 후 사용하였 다. 시료는 각각 고추 과실 50 g, 고추 줄기 50 g, 고춧잎 10 g씩 준비하였다.

    AR 탄저박사 품종 시료가 다른 품종 시료에 비하여 중량의 표 준편차가 가장 낮아 4가지 품종 중 기계수확에 적합하다고 판단되 어 이물질 선별요인 시험에 사용하였다. 이물질 선별 요인 실험에 사용한 AR 탄저박사 품종 시료는 2019년 11월 중순에 수확하고 건조과정을 거치지 않고, 다음날 이물질 선별 요인 시험에 사용하 였다. 이물질 선별 시험에 사용된 시료의 양은 Jo et al. (2018)가 선별부 요인실험에서 사용하였던 시료 무게를 참고하여 고추 과실 이 고추 줄기 무게의 약 5.5배로 준비 하였다. 고춧잎의 무게는 명시되어 있지 않아 고춧잎의 무게는 고추 줄기와 같은 무게로 준비하였다. 시료당 각각 고추 과실 275 g, 고추 줄기 50 g, 고춧잎 50 g씩 준비하였으며, 준비된 시료를 혼합한 후 판 위로 무작위 배분하여 공급하였다.

    2. 고추수확기 선별부

    고추수확기의 선별부는 탈실부를 통해 공급되는 줄기 달린 고추 를 분리하는 드럼형의 1차 선별부, 송풍 팬을 이용해 고추 과실과 이물질을 분리하는 2차 선별부로 이루어져 있다. 2차 선별부의 송 풍 팬은 12개의 날개와 풍속 조절용 개폐장치 및 풍구 등으로 구성 되어 있으며, 송풍 팬의 공기흡입구 열림 정도를 조정하여 풍속을 조정할 수 있다. 이물질 선별부의 개념도는 Fig. 3과 같다.

    3. 풍구

    이물질 선별은 송풍 팬을 이용해 고추 과실과 이물질을 분리한 다. 송풍 팬은 12개의 날개와 풍속 조절용 개폐장치, 풍구 등으로 구성되어 있으며, 송풍 팬의 공기흡입구 열림 정도를 조정하여 풍 속을 조정할 수 있다.

    개발 중인 풍구 형태는 풍속의 좌우 분포가 고르지 않아 이물질 제거가 용이하지 않고 수집 가이드에 이물질이 쌓이는 문제점이 발 생하는 것으로 예상되었다. 이를 개선하고자 풍구의 출구에 풍향 가이드를 설치하여 바람이 분산되도록 제작하였다. 풍향 가이드는 바람이 들어오는 입구에서 40 mm 간격을 둔 지점부터 출구의 끝부 분까지 설치하였다. 풍향 가이드는 입구와 출구를 각각 4등분 6등 분 하였고, 출구 끝의 풍향 가이드는 기류가 전면을 향하도록 평행 하게 설계하였다. 풍향가이드의 두께는 2T이며 재질은 SS400P로 설계하였다(Fig. 4 & 5).

    4. 부유 속도 측정

    4.1 부유 속도 측정 장치

    부유속도 측정 장치는 송풍 팬 위에 지름이 175 mm인 휘어지는 관을 연결하여 풍향이 위쪽을 향하도록 설치하였다. 관 위로 선경 1 mm, 격자크기 10 mm 체를 올려 시료를 받칠 수 있도록 하였다 (Fig. 6). 모터 및 송풍팬 사양은 다음 Table 2 및 Fig. 7과 같고, 송풍팬은 고추수확기에서 사용중인 송풍팬을 사용하였으며 송풍팬 과 모터는 기어비 1:1.5로 연결되어 있다. 고추수확기에서 선별부에 서 사용되는 최대 풍속으로 풍구의 풍속을 설정하기 위하여 모터의 최대 회전속도에 맞춰서 모터의 기어비를 설정하였다. 모터의 사양 은 그림 8과 같다. 송풍팬의 회전 속도는 측정을 위해 5-200,000 rpm까지 측정가능한 rpm 게이지 PLT200 (MONARCH, USA)를 사용하였으며, 풍속측정은 0-40 m/s 까지 측정가능한 Testo440 (Testo, Germany)를 사용하였다. 모터의 최대 회전속도가 1,730 rpm일 때 송풍팬의 회전 속도는 2600 rpm이였으며, 이때 송풍팬 으로부터 나오는 풍속은 36.25m/s 였으며, 인버터를 이용하여 풍 속을 조절하였다. 인버터는 60단계로 조절할 수 있었으며, 단계당 송풍팬의 회전속도가 45 rpm 씩 증가하였다.

    4.2 부유 속도 측정 방법

    부유 속도 측정을 위해 부유속도 측정 장치의 바람이 배출되는 출구 위에 시료를 받칠 망을 설치하였다. 인버터로 풍속을 조절하 고 망 위로 일정하게 풍속이 분포되었는지 확인하였다. 망 위에 시료를 올려놓고 풍속을 0부터 실시하여 인버터를 1단계씩 올리며 시료가 부유될 때 풍속을 측정하였다. 각 시료당 3회 반복 실험을 실시하였다.

    5. 이물질 선별 요인 실험

    5.1 이물질 선별 요인 실험 장치

    선별 성능의 영향을 주는 요인을 변경하며 실험하기 위해 이물 질 선별부 요인실험 장치를 제작하였다. 실제 고추수확기에서는 풍구로 인해 분리된 이물질은 수집가이드를 타고 밖으로 배출되게 되며 배출되지 않은 이물질 및 고추는 수집탱크로 수집되어진다. 요인 실험에서 이를 구현하기 위해 수집가이드와 수집탱크를 대신 하여 수집된 고추 및 이물질이 배출되는 것을 막기 위해 사이드판 을 제작 및 설치하였다. 설치된 사이드판은 폭 800 mm, 높이 750 mm, 두께 2T로 제작되었다, 전기모터와 인버터를 설치하여 송풍 팬의 회전속도를 조절 할 수 있도록 제작하였다(Fig. 8).

    5.2 이물질 선별부 요인 실험 방법

    5.2.1 풍속 측정 방법

    풍구 송풍팬의 회전 속도를 2,600 rpm으로 설정한 후 막음판을 완전 개방한 상태에서 진행하였다. 풍속 측정은 Fig. 9와 같이 출구 를 좌측, 중앙, 우측 3부분으로 구분하여 풍구 출구로부터 0 mm, 150 mm, 300mm 거리에서 측정하였으며, 각 거리에서의 출구의 중심 부분과 출구 중심으로부터 50mm 위쪽에서 측정하였으며 모 든 위치에서 각 3번 반복 측정하였다(Fig. 9).

    5.2.2 실험 방법

    이물질 선별 장치의 요인 실험을 위해 수집 가이드를 제작하였 다. 수집가이드의 전후 및 상하 위치를 조절할 수 있도록 설계하였 으며, 수집 가이드는 737 x 420 (W x L)mm, 2T로 설계되었다. 수집 가이드 선단 위치는 풍구 출구의 중심에서부터 뒤쪽으로 300 mm, 아래쪽으로 15 mm에 위치한다. 요인 실험을 위해 수집 가이 드 위치를 기존 위치 대비 앞쪽으로 85 mm, 아래로 50 mm와 100 mm 위치로 옮길 수 있게 구성하여 Fig. 10에서와 같이 6개의 지점에서 요인 실험을 실시하였고, 각 지점에서 풍구 출구 중심으 로부터의 거리는 Table 2와 같다. 송풍팬의 회전 속도는 2600 rpm 으로 고정시켰고, 준비된 시료를 실제 고추수확기에서 고추 및 이 물질이 낙하되는 위치와 같은 위치에서 낙하시켰다. 준비된 시료는 60초에 걸쳐 서서히 투입하였으며, 수집함에 모인 각 시료의 무게, 수집 가이드에 정체된 각 시료의 무게, 배출된 각 시료의 무게를 측정하였다. 같은 조건에서 실험을 수집 가이드의 설치 위치와 풍 구 형태를 변경하여 3 반복으로 실시하였다.

    5.3 실험 분석

    선별부 요인실험을 통해 각 요인에 대하여 이물질 선별량, 이물 질 정체량을 측정하여 이물질 선별률, 이물질 정체율의 결과를 분 석하였다.

    이물질 선별률은 총 투입된 이물질에 대해 풍구에 의해 선별된 이물질의 비율로 정의하여, 식 1로 도출하였다. 이물질 정체율은 총 투입된 이물질에 대해 수집 가이드에 쌓인 이물질의 비율로 정의하였고, 식 2로써 도출하였다.

    D s e f ( % ) = P s f m P t f m × 100
    (1)

    Where,

    • Dsef : The separation efficiency of foreign materials (%)

    • Ptfm : Quantity of all foreign materials (g)

    • Psfm : Quantity of separated foreign materials (g)

    D r s f ( % ) = P s f P t f m × 100
    (2)

    Where,

    • Drsf : The ratio of stagnant foreign materials (%)

    • Ptfm : Quantity of all foreign materials (g)

    • Psf : Quantity of stagnant foreign materials (g)

    결과 및 고찰

    1. 부유속도 측정 결과 및 분석

    1.1 부유속도 측정 결과

    망 위로 고추 과실, 줄기, 잎을 올려놓고 풍속을 변화시켜 시료 가 배출되는 속도를 측정한 품종별 각 시료의 부유속도 실험 결과 는 Table 3에서와 같다.

    실험 결과, 각 시료의 부유속도는 생 고추 과실 11.97-13.51 m/s, 건 고추 과실 11.30-11.82 m/s, 생 고추 줄기 11.27-12.3 m/s, 건 고추 줄기 8.99-9.25 m/s, 생 고춧잎 4.20-4.40 m/s, 건 고춧잎 3.45-3.76 m/s로 나타났다. 고추 과실과 고추 줄기의 부유속도의 차이가 크지 않아 이물질 선별부를 이용한 선별은 어려울 것으로 판단하였다.

    1.2 고추 과실의 부유속도 결과 분석

    중과종인 적영 품종보다 대과종의 AR레전드 및 매운탄 품종에서 부유속도가 높게 측정되었으며, 세 품종 모두에서 건조시키지 않은 시료를 사용하였을 때 부유속도가 전체적으로 높은 것으로 나타났 다. 품종과 함수율이 고추 과실의 부유속도에 끼치는 영향을 확인하 기 위하여 통계프로그램인 SAS (Ver.9.3)를 사용하여 반복이 있는 이원배치법으로 분산분석을 실시한 결과는 Table 4와 같다. 신뢰수 준 95%에서 분석을 실시하였으며, 그 결과 품종에 대한 P-value가 0.01으로 유의수준인 0.05보다 작기 때문에 부유속도에 영향을 끼치 는 것으로 나타났다. 함수율에 따른 부유속도 또한 P-value가 <0.01 로 나타나 부유속도에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

    1.3 고추 줄기의 부유속도 결과 분석

    품종에 따라 부유속도가 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타나 며, 세 품종 모두에서 건조시키지 않은 시료를 사용하였을 때 부유 속도가 전체적으로 높은 것으로 나타났다. 품종과 함수율이 줄기의 부유속도에 끼치는 영향을 확인하기 위하여 반복이 있는 이원배치 법을 사용하여 분산분석을 실시한 결과는 Table 4에서와 같으며, 품종에 대한 P-value가 0.23으로 유의수준인 0.05보다 크기 때문 에 부유속도에 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났고, 함수율에 따 른 부유속도는 P-value가 <0.01 로 나타나 부유속도에 영향을 끼 치는 것으로 나타났다.

    1.4 고춧잎의 부유속도 결과 분석

    품종에 따라 부유속도가 큰 차이를 보이지 않는 것으로 나타나 며, 세 품종 모두에서 건조시키지 않은 시료를 사용하였을 때 부유 속도가 전체적으로 높은 것으로 나타났다. 품종과 함수율이 잎의 부유속도에 끼치는 영향을 확인하기 위하여 반복이 있는 이원배치 법을 사용하여 분산분석을 실시한 결과는 Table 4에서와 같으며, 품종에 대한 P-value가 0.59로 유의수준인 0.05보다 크기 때문에 부유속도에 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났고, 함수율에 따른 부유속도는 P-value가 <0.01로 나타나 부유속도에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

    2. 이물질 선별부 요인 실험 결과 및 분석

    2.1 풍속 측정 결과

    풍구의 형태 및 위치에 따른 풍속 측정 결과는 다음 Table 5에서 와 같다. 실험 결과, 풍향 가이드를 추가할수록 좌우 풍속의 편차가 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 풍구 출구에서 높이 0 mm, 거리 150, 300 mm 지점에서 풍속을 비교한 결과, 기존의 풍구와 풍향 가이드 5개를 추가한 풍구보다 풍향가이드 3개를 추가한 풍구의 풍속이 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 풍구 출구의 각도가 위로 9.4゚ 기울어져 있는 반면 풍속 측정 위치는 평행하고, 풍향가이드 를 추가할수록 풍속이 좌우로 분포되면서 유동 각도가 낮아진 것으 로 판단하였다. 부유속도 측정 시 바람의 방향은 중력 방향과 일직 선이지만 이물질 선별부 풍구의 바람 방향은 수평으로부터 위로 약 9.4゚ 기울어져 있어 정확한 비교는 어렵다고 판단된다.

    2.2 이물질 선별부 요인 실험 결과

    이물질 선별부 요인 실험 결과 고추 과실의 손실은 없었으며, 이물질 선별률과 수집가이드에 정체된 이물질 정체율을 분석한 결 과는 다음 Table 6에서와 같다.

    2.2.1 풍구 형태와 수집 가이드 위치에 따른 이물질 선별률 분석

    이물질 선별률에 대한 평균을 이용하여 그래프를 그려본 결과는 Fig. 11에서와 같다. 평균을 이용한 그래프 상으로 이물질 선별률 은 풍향가이드를 추가하지 않은 풍구에서 전방 중앙 지점에 있을 때 이물질 선별률이 높은 것으로 나타났다. 이는 이물질 중 잎의 대부분을 선별한 것이다.

    전체적으로 풍향 가이드를 추가할수록 이물질 선별률이 낮게 나타났다. 이는 풍향이 분포되어 풍속이 전체적으로 낮아져 이물질 을 선별하지 못했다고 판단했다. 수집 가이드가 같은 높이 대비 후방 지점에 있을 때보다 전방 지점에 있을 때가 더 높게 나타났다. 풍구 형태와 수집가이드 높이에 따른 이물질 선별률에 끼치는 영향 을 확인하기 위해 반복이 있는 이원배치법을 사용하여 분산분석을 실시한 결과는 Table 7에서와 같다. 신뢰수준 95%에서 분석을 실시하였으며, 그 결과 풍향가이드와 수집 가이드 위치에 대한 P-value가 <0.01로 유의수준인 0.05보다 작기 때문에 이물질 선별 률에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

    2.2.2 풍구 형태와 수집 가이드 위치에 따른 이물질 정체율 분석

    이물질 정체율에 대한 평균을 이용하여 그래프를 그려본 결과는 Fig. 12에서와 같다. 평균을 이용한 그래프 상으로 이물질 정체율 은 풍향 가이드를 5개 추가한 풍구와 수집 가이드가 후방 상단의 조건일 때 유리한 것으로 나타났다. 그래프상 일정한 형태를 나타 내지 않았지만 수집 가이드가 Back-Low의 조건은 풍향 가이드에 상관없이 높은 이물질 정체율이 나타났다. 또한 대체적으로 수집 가이드가 전방의 지점에 있을 때보다 후방 지점에 있을 때 정체율 이 높게 나타났다.

    풍구 형태와 수집가이드 높이에 따른 이물질 정체율에 끼치는 영향을 확인하기 위해 반복이 있는 이원배치법을 사용하여 분산분 석을 실시한 결과는 Table 7에서와 같다. 풍향가이드와 형태에 대한 P-value가 0.12로 0.05보다 크게 나타나 이물질 정체율에 영향을 끼치지 않는 것으로 나타난다. 수집 가이드 위치에 대한 P-value가 <0.01로 유의수준인 0.05보다 작기 때문에 이물질 정체 율에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

    2.2.3 이물질 선별부 요인 실험 결과 분석

    선별부의 선별 성능이 좋은 조건은 이물질 선별률이 높고 이물질 정체율이 최소가 되는 조건이다. 이물질 선별부 요인 실험 결과에 대한 선별성능 통계분석을 실시하였다. 풍향 가이드 추가에 따른 풍구에 대하여 기존의 풍구의 경우 이물질 선별률 평균 25.4-47% 로 풍향 가이드를 추가한 풍구보다 이물질 선별률이 높았다. 수집 가이드 위치에 대하여 전방 중앙의 조건에서 이물질 선별률 평균 31.1-47%로 높게 나타났으며, 후방 상단의 조건에서 이물질 정체 율이 평균이 최대 3%까지 낮게 나타났다. 전방 중앙을 기준으로 풍향가이드를 추가하지 않은 풍구가 이물질 선별률(47.0%)이 풍 향 가이드를 3개 추가한 풍구(34.2%)보다 높지만 이물질 정체율은 각각 풍향가이드 없을시 7.2%, 있을시 2.6%였다. 풍구 구조상 바 람은 밑에서 위로 올려 부는 경사각 9.4도 형태로 되어 있으며, 수집가이드를 실제로 위치시켜 선별한다고 하였을 때 상단에서 시 작되는 수집가이드의 선별면적이 중앙에서 시작되는 선별면적(상 단+중앙)보다 줄어들어 상대적으로 효율이 떨어질 수 있다. 따라서 풍향 가이드 3개를 추가한 풍구가 유리할 것으로 판단되고, 수집 가이드 위치는 이물질 선별률이 높은 전방 중앙의 조건이 유리할 것으로 판단된다. 하지만 부족한 송풍량으로 인하여 수집되는 이물 질이 존재하기 때문에 송풍팬의 크기를 증대시켜 풍량을 늘려 추가 적인 실험할 필요가 있다.

    감사의 글

    본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가 원의 첨단생산기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음(118019-3)

    Figures

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    Measurement method of physical properties of pepper fruit.

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    Preparation of sample for factorial experiment.

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    Configuration of the foreign material separating and collecting part.

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    Schematics of the winnowing machine on (a) top view and (b) side view.

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    Schematics of the winnowing machine with three wind guides (a) and five wind guide (b).

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    Pictures of winnowing system for floating velocity measurement (left) and blowing fan (right).

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    Schematics of the blowing fan.

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    Configuration of the experiment bench for foreign material separating part (left) and photograph of the experiment bench for foreign material separating part (right).

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    Measuring point of wind speed. (Left : Top view, Right : Side view)

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    Position of installed collecting guide.

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    Result of separation efficiency of foreign materials depending on shape of Winnowing machine and collecting guide position.

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    Result of ratio of stagnant foreign materials depending on shape of winnowing machine and collecting guide position.

    Tables

    Physical properties of pepper fruits

    The specification of the motor

    Experiment result of floating velocity

    Experiment result of floating velocity

    Experiment result of wind speed by shape of winnowing machine and measurement position

    Experiment result of winnowing machine

    Experiment result of floating velocity

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