유한요소해석을 이용한 배추수확기용 견인형 수집부 견인 고리 응력분석 = The Stress Analysis of Collecting Part Tow Hook of Chinese Cabbage Harvester by FEM
저자
주현식 ( Hyun Sik Joo ) ; 신주원 ( Joo Won Shin ) ; 김대철 ( Dae Cheol Kim ) ; 조용진 ( Yongjin Cho )
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학술지명
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발행연도
2022
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
198-198(1쪽)
제공처
국내 생산 엽채류 중 배추는 재배면적 및 생산량이 가장 높은 비중을 차지하는 중요한 작물이다. 배추는 이식, 관리, 수확의 작업에서 대부분 인력에 의존하고 있다. 그중 배추의 수확 작업은 7~8명이 한 조를 이루어 배추의 절단, 포장, 이송, 적재의 공정 과정을 거치며 대부분 인력에 의존하고 있어 기계화율이 매우 낮은 상태이다. 특히 많은 노동력이 요구되는 수확 및 적재 과정에서 기계화 시스템이 필요한 상황이며, 배추수확기를 개발 중에 있다. 배추수확기용 수집부의 주행 및 작업 안정성을 확보하고자 견인형으로 설계하였으며, 견인형 수집부의 설계 단계에서 응력분석을 검토할 필요성이 있다. 따라서 본 연구는 유한요소해석을 이용하여 견인형 수집부의 견인 고리 및 힌지핀의 안정성과 변형률을 분석하였다. 설계된 견인형 수집부의 견인 고리는 적절한 회전반경을 위해 사다리꼴 형태로 설계하였으며 또한 견인 고리 옆면의 가이드판으로 회전 각도범위를 90 도에서 15 도로 최소화 하여 주행 및 회전 시 배추수확기의 간섭을 줄였다. 또한 배추수확기의 최소 높이와 최대 높이에 대응할 수 있도록 견인형 수집부 견인 고리의 높이를 120 mm로 연장하여 설계하였다. 견인 고리의 두께는 8 mm로 설정하였으며 재료는 SS400을 사용하였다. 배추수확기와 견인형 수집부를 연결하기 위해선 힌지핀을 사용하여 연결하며, 직경 지름22 mm, 재료 SM45C 의 힌지핀을 사용하였다. 유한요소해석을 위해 단순화 작업된 설계 모델링을 하였으며, mesh 사이즈는 해석의 정밀도를 높이기 위해 3 mm로 설정하였다. 응력조건은 배추가 적재되지 않았을 때, 중간 적재, 최대 적재의 총 3가지의 응력조건을 주었다. 또한 견인 고리가 최대 높이와 최소 높이, 중간 높이의 3가지 수준에 대해 응력분석을 실시하였다. 배추의 최대 적재 응력조건에서 견인 고리의 최대 높이일 경우 응력분포는 213.19 ~ 35.601 Mpa가 도출되었으며 변형률은 0.0018 mm ~ 0.00019 mm, 안전 계수는 1.2 ~ 6.46로 나타났다. 견인 고리가 중간높이의 경우 응력분포는 129.71 ~ 14.413 Mpa가 도출되었으며, 변형률은 0.00063 ~ 0.00014 mm, 안전 계수는 2.8 ~ 4.1로 나타났다. 견인 고리가 최소높이의 경우 응력분포는 218.39 ~ 29.795 Mpa가 도출되었으며 변형률은 0.0015~ 0.00017 mm, 안전 계수는 1.05 ~ 9.1로 나타났다. 결론적으로 각 재료의 항복 강도에 비해 발생한 응력의 최댓값보다 높기 때문에 적정한 설계로 판단된다.
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