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손 진동을 줄이기 위한 보행형 제초기 제초날의 설치각도에 관한 연구
A Study on Rotary Weeding Blade Installation Angle for Reduction of Hand Vibration in Working Type Cultivator

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Authors
권태형
Advisor
이중용
Major
농업생명과학대학 바이오시스템·소재학부(바이오시스템공학)
Issue Date
2014
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
로터리식 제초기손 진동제초날
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 바이오시스템·소재학부(바이오시스템공학), 2014. 2. 이중용.
Abstract
로터리식 보행형 제초기는 구조가 단순하여 크기가 작고 가볍기 때문에 국내 소규모 유기 밭에서 여성과 고령 노동자가 사용하기에 적합하다. 하 지만 보행형 제초기는 작업자가 손잡이를 잡고 작업하는 형태이기 때문에 반복적인 진동에 지속적으로 노출되어 작업자의 건강에 영향을 미친다. 손 잡이 진동은 작업부가 토양과 충돌하면서 발생하기도 한다. 본 연구는 제 초날 설치 각도에 따라 토양에서 받는 반력에 관한 이론을 도출하고, 실험 을 통해 이를 증명하고자 하였으며, 제초 성능도 확인하였다. 또한 앞의 이 론을 통해 손 진동을 감소시키는 제초날의 설치 각도를 찾는 연구를 수행 하였다. 본 연구에서 선정한 제초기구의 파라미터는 제초기의 전진속도, 디스크의 회전속도, 디스크 반경, 목표 제초 깊이, 토양에 진입하는 제초날의 길이, 제초날의 설치 각도 등 6가지로 하였다. 제초날의 폭은 길어질수록 토양으 로부터 받는 반력이 더 커지지만, 이는 디스크의 개수와 전체 제초 작업폭 과 관련이 있으므로 본 연구의 파라미터로 고려하지 않았다. 도출한 이론 을 검증하기 위해서 진동실험과 제초실험 등 총 2회의 현장 실험을 수행하 였다. 진동실험은 ISO 5349:1에 따라 실시하였으며 0, 4, 8°의 설치각도 를 가진 제초날을 활용하였다. 제초실험은 농촌진흥청의 동력 중경제초기 시험 방법 및 검사 기준에 준하였다. 동역학 해석프로그램을 통해 제초기의 전진속도와 디스크의 회전속도에 따라 제초날이 토양에 충돌하고, 토양 내부에서 움직이는 것을 확인하였다. 그 결과, 토양 표면에서 제초날 상의 두 점 중 나중에 토양에 진입하는 점 의 궤적이 다른 점의 궤적보다 제초기의 진행방향 쪽에 있는 경우, 제초날 등이 미경토를 눌러 제초날이 불필요한 반력을 받음을 확인하였다. 또한 제초날과 디스크 중심이 연직을 이루는 순간부터 제초날이 토양에서 나오 는 순간까지는 제초날의 설치각도에 관계없이 나중에 토양에 진입하였던 점의 궤적은 경운 토양에서만 나타나는 것으로 확인되었다. 따라서 제초날 설치 각도와 기타 파라미터에 따른 불필요한 상방향 반력 발생 유무는 제 초날의 선단과 이후의 점이 토양에 진입하는 위치에 따라 판단이 가능하였 다. 두 진입지점의 거리를 X_MF 라 하였으며 이 값이 0보다 작은 경우 반력 이 발생한다는 가설을 세웠다. X_MF 는 앞의 여섯 개의 파라미터로 나타낼 수 있다. 진동실험에서는 시험 구별로 해당 시험구에서의 제초기 속도와 제초날 설치 각도 등을 고려하여 X_MF 를 계산하였고, 측정한 손잡이의 주파수 가중 가속도와 비교하였다. X_MF 의 부호에 따라 두 그룹을 나눠 T검정을 한 결과, 통계적 차이가 있는 것으로 나타났고(p<0.05), 수지백증 발병 평균 진동 노출 기간이 17.53% 증가하는 것으로 추정되었다. 이는 현장실험을 통해 앞에서 도출한 가설을 수락한 것으로 볼 수 있다. 또한 설치각도가 8°인 제초날을 활용한 제초 실험한 결과, 제초율은 88.93%로 농촌진흥청 기준인 80%보다 높게 나타 났다. 제초날의 설치 각도는 경운날의 절삭각과 관련이 있으며, 각도가 크면 동 력 소모가 많아진다. 반면에 설치 각도가 커지면, 불필요한 상방향 반력이 발생하지 않을 가능성이 커진다. 따라서 동력 소모와 반력 발생에 관한 상 충점을 찾고자 제초날의 최소 설치 각도를 이론식을 통해 도출하였다. 최 소 설치 각도는 디스크 반경, 전진속도, 디스크 회전속도에 따라 다르며, 디스크 반경이 100 mm일 때 4 ~ 27°, 150 mm 일 때 3 ~ 15°, 200 mm 일 때 2 ~ 10°인 것으로 나타났다. 도출한 이론식을 통해 엑셀 기반 계산 프로그램을 개발하였으며, 이를 활용한다면 반력을 줄이고 손 진동을 감소시키는 제초날을 설계하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/125783
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Appears in Collections:
College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Biosystems and Biomaterials Science and Engineering (바이오시스템·소재학부)Theses (Master's Degree_바이오시스템·소재학부)
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