= PTO 감속비

행 속도가 1 ∼ 4 km/h 범위임을 고려하여 경운 속도비는 λ=3 ∼ 18 범위에 해당하 는 변속 기어 조합을 실험 대상으로 선정 하였다.

Item Specification

Tractor

Engine Rated power 48kW@2200 PTO Reduction of 1st gear 4

Reduction of 2nd gear 3

Rotavator

Rotor radius 0.255 m The reduction ratio of rotavator

gear (



Tractor Table 3.42 Speed ratio λ by the combination of tractor and rotavator gears

3.4.2.6. 경운 포장

포장 실험은 충남 논산시 상월면 소재의 논에서 2012년 5월 5일에 실시하였다. 서 로 다른 두 논에서 실험을 실시하였으며 모두 그루터기가 없는 상태의 논이었다. 실 험 토양의 물리적 특성을 구명하기 위하여 두 실험 포장에 대하여 토성, 원추지수, 토 양의 수분 함량을 측정하였다.

토양의 수분 함량은 오븐법을 이용하여 측정하였으며 용적이 동일한 토양 시료 캔 에 의해 수집된 토양 샘플의 무게를 측정하고 105℃의 드라이오븐에서 16시간을 건조 시킨 후 무게를 다시 측정하여 그 감량을 건토에 대한 %로 나타내었다.

토양의 종류는 미농무성법(USDA)에 따라 결정하였다. 표준 망채를 이용하여 토양 샘플의 자갈, 모래, 미사, 점토의 각 함량을 측정한 후, 토성 삼각도를 이용하여 토성 을 결정하였다. Fig. 3.58은 토성을 분류하기 위한 토성삼각도를 나타낸 것이고, Table 3.43 에 논토양에 대한 샘플의 수분 함량 및 토성을 나타낸 것이다.

Fig. 3.58 USDA textural triangle for classification of soil texture

Paddy field Ⅰ Paddy field Ⅱ Gravel Sand Clay Silt Moisture

contents

(d.b.%) Gravel Sand Clay Silt Moisture contents (d.b.%) 17.51 54.18 26.84 1.47 32.60 13.70 60.60 23.80 1.90 36.75 19.19 56.73 22.37 1.71 32.10 14.88 58.72 25.14 1.26 38.42 12.67 57.47 27.88 1.98 32.20 12.34 58.19 28.74 0.73 41.64 14.28 57.43 26.43 1.86 32.42 10.69 59.10 29.10 1.11 39.44 16.03 56.12 26.10 1.75 31.90 11.46 58.65 28.65 1.24 38.21 Average 15.94 56.39 25.92 1.75 32.24 12.61 59.05 27.09 1.25 38.89 Table 3.43 Soil properties and moisture contents of experimental field

Table 3.43에서와 같이 두 논의 평균 토성 논Ⅰ의 경우 자갈 15.94 5%, 모래

Fig. 3.59 Cone index with soil depth at paddy field Ⅰ.

Fig. 3.60 Cone index with soil depth at paddy field Ⅱ.

Fig. 3.61 Difference in cone index at two paddy fields.

3.4.2.7. 실험 방법

경운 작업은 트랙터의 엔진 속도를 정격 속도인 2200 rpm으로 고정하고 경심은 10 cm를 유지하여 실시하였다. 측정구의 배치는 경운 속도비가 3 ∼18에 해당하는 변속 기어 조합별로 논Ⅰ에서는 2반복으로 측정할 수 있도록 하였으며, 이 때 토양 조건의 불균일성을 고려하여 포장을 두 개의 집구로 구분하고 집구 내에서는 난수표를 이용 하여 변속기어 조합을 랜덤 배치하였다. 또한, 토양의 물리적 특성이 연료의 소비 특 성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 논Ⅱ에서 1반복 추가로 측정하였다. Fig. 3.62와 Fig. 3.63는 논Ⅰ과 논Ⅱ에서 임의 배치한 변속 단수 조합을 나타낸 것이며 변속단수 조합은 주변속-부변속-PTO 변속단수 순으로 표시하였다.

Fig. 3.63 Randomized block design(RBD) for gear combinations in the paddy field Ⅱ

3.4.2.8. 주행 및 PTO 변속 기어와 경운 속도비에 따른 연료 소비 특성

Fig. 3.64 Fuel consumption per tilled area by combinations of transmission and PTO gears.

Fig. 3.64은 서로 다른 두 논에서 실시한 로터리 경운 작업에서 트랙터의 주행 및 PTO 번속기어의 조합에 따른 경운 면적당 연료 소비량의 관계를 나타낸 것이다.

PTO 변속기어가 같을 경우 토양 조건에 상관없이 주행 변속기어가 높을수록 경운 면 적당 연료소비량은 감소하였다. 이것은 주행 속도가 증가함에 따라 출력과 연료 소비 량도 증가하지만 작업 면적의 증가율이 연료 소비량의 증가율보다 더 크기 때문인 것 으로 판단된다. 주행 변속기어가 동일한 경우에는 PTO 변속기어가 높을 때 연료소비 량이 더 많았으며 이는 PTO 축의 회전속도가 증가함에 따라 출력이 증가하기 때문이 다. 즉 출력 증가에 따른 연료소비량의 증가라고 할 수 있다. 따라서 PTO 변속기어가 동일할 때 경운 면적당 연료 소비량은 주행 단수가 높을수록 감소하며 주행 변속기어 가 동일한 경우에는 PTO 변속기어가 낮을수록 감소한다고 할 수 있다.

Fig. 3.65 Specific volumetric fuel consumption by combination of transmission and PTO gears.

연료 소비율은 단위 시간당 단위 출력 당 소비되는 연료의 양으로서 엔진의 경제성 을 나타낸다. 즉 연료의 소비량을 출력으로 나눈 것으로 결국 연료 소비율이 낮은 것 이 연료 소비효율이 높다고 할 수 있다.

트랙터의 경우 연료소비율은 최대 PTO 출력에 대해 부하율에 따라 달라진다. 즉 부하가 증가하면 트랙터가 낼 수 있는 최대 출력에 가까워지므로 연료 소비율은 감소 하게 되며 반대로 부하가 감소하면 최대 PTO 출력에 대한 부하율이 감소하게 되므로 연료 소비율이 증가하여 연료소비효율은 낮아진다. 실제 경운 작업 시 트랙터의 엔진 은 항상 전부하 상태에서 사용되는 것이 아니기 때문에 연료 소비율은 작업 방법에 따라 달라질 수 있다. Fig. 3.65 는 서로 다른 두 논에서 실시한 로터리 경운 작업에 서 트랙터의 주행 및 PTO 변속기어 조합과 연료 소비율의 관계를 나타낸 것이다.

PTO 변속 기어가 동일한 경우 주행 변속기어에 따른 연료 소비율은 토양 상태에 따 라 달랐다. 논Ⅰ의 경우에는 주행 변속기어가 높아지더라도 연료소비율에는 큰 변화 가 없는 것으로 나타났으나 논Ⅱ의 경우에는 주행 변속기어가 높을수록 연료소비율이 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 토양 강도 및 수분 함량이 경운 부하에 미치는 영 향이 변속기어에 따른 연료소비율에도 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 PTO

변속기어가 같을 때 주행 변속기어가 연료 소비율에 미치는 영향을 명확히 구명하기 위해서는 다양한 토양 조건에서 연료 소비 특성을 분석해야 할 것으로 판단된다.

주행 변속기어가 동일한 경우 PTO 변속기어에 따른 연료 소비율의 변화는 토양 조 건에 상관없이 PTO 변속기어가 높을 때 연료 소비율이 더 낮았다. 이것은 PTO 속도 가 증가함에 따라 출력도 증가하여 엔진이 전부하 상태로 접근하기 때문이며 이 때 엔진 출력의 증가율이 연료 소비 증가율보다 크기 때문에 연료 소비율은 감소하는 것 으로 판단된다.

로터리 경운 작업에서 경운날의 절삭 성능은 트랙터의 주행 속도와 로터의 각속도 의 영향을 함께 받는다. 즉, 트랙터 주행 속도에 대한 로터 원주 속도의 비에 따라 쇄 토되는 흙덩이의 크기가 결정되며 경운 속도비에 따라 트랙터의 연료 소비량도 변한 다.

Fig. 3.66 Fuel consumption per tilled area by plowing speed ratio

Fig. 3.66 은 경운 속도비에 따른 경운 면적당 연료 소비량을 나타낸 것이다. 로터 리 경운 작업의 주행 속도를 고려하여 경운 속도비의 범위를 3 ∼ 18 로 설정하였으 며 토양의 영향을 고려하기 위하여 토양 강도가 다른 두 논에서 연료 소비량을 측정 하였고 논Ⅰ에서는 2반복으로 측정하였다.

운 면적당 연료 소비량이 감소하는 것으로 나타났다. 두 경운 속도비의 차이가 작은 경우에는 경운 속도비가 큰 경우에도 경운 면적당 연료 소비량이 적은 경우가 있었 다. 따라서 두 경운 속도비의 차이가 작은 경우, 주행 및 PTO 변속기어에 따른 경운 면적당 연료 소비량의 변화를 구명하기 위하여 Table 3.44에서와 같이 경운 속도비가 인접한 두 변속기어 조합의 경우를 비교하였다. 경운 속도비의 차이는 0.5이고 경운 피치의 차이는 1.5cm 정도로서 경운 작업의 결과는 동일한 것으로 가정하였다

.

Item Gear Combinations (Travel gear-PTO gear)

L3-1 L4-2

Travel speed (km/h) 2.24 3.55

Rotor speed (rpm) 169 225

Plowing speed ratio (λ) 7.5 8 Tillage pitch (cm) 21.4 20.0

Table 3.44 Combinations of transmission and PTO gears with adjacent plowing speed ratios

Fig. 3.67 Fuel consumption per tilled area by gear combinations having adjacent plowing speed ratios.

Fig. 3.67와 같이 경운 속도비가 0.5 이하로 인접한 경우 경운 면적당 연료 소비량 은 주행 및 PTO 변속기어가 모두 고단일 때 적은 것으로 나타났다. 이는 주행 및 변

속기어가 모두 고단이라 하더라도 경운 작업 속도의 증가에 따른 경운 면적당 연료 소비량 절감 효과가 PTO 속도의 증가에 따른 연료 소비량 증가 효과보다 크기 때문 인 것으로 판단된다. 즉, 두 경운 속도비의 차이가 작은 경우에는 주행 변속 기어가 고단인 조합의 경운 면적당 연료 소비량이 더 낮다고 할 수 있다.

단 본 연구에서는 경운 속도비가 0.5 이내에서 로터베이터 경운날 회전수가 230 rpm (PTO 2단)까지는 경운 면적당 연료 소비량이 감소하였으나 경운날 회전수가 230 rpm 이상의 경우에 대하여는 추가적인 연구 및 실험을 통한 분석이 필요할 것으 로 판단된다.

Fig. 3.68 Specific volumetric fuel consumption by plowing speed ratio

Fig. 3.68은 두 논에서 측정한 경운 속도비에 따른 연료소비율의 변화를 나타낸 것 이다. 연료소비율은 경운 속도비의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 논에 따

받는 것으로 판단된다.

연료소비율의 경우에도 두 속도비의 차가 0.5 이하인 경우는 Fig. 3.69에서와 같이 주행 및 PTO 변속기어가 모두 고단인 조합의 연료소비율이 더 낮은 것으로 나타났으 며, PTO 변속기어가 동일한 경우에는 주행 변속기어가 고단인 조합의 연료소비율이 더 낮은 것으로 나타났다. 이는 이미 언급한 바와 같이 PTO 속도가 증가함에 따라 엔진 출력이 증가하고 엔진이 전부하 상태로 접근하기 때문이며, 이때 엔진 출력의 증가율이 연료 소비의 증가율보다 크기 때문에 연료소비율은 감소하는 것으로 판단된 다. 또한, 두 경운 속도비가 동일한 변속기어 조합의 경우에도 마찬가지로 주행 및 PTO 변속기어가 모두 고단인 조합의 연료소비율이 낮을 것으로 판단된다.

Fig. 3.69 Specific volumetric fuel consumption by transmission and PTO gear combinations.

3.4.2.9. 경제적인 변속기어 선택 방법

트랙터의 GUTD 운전 방법은 플라우경에 적합한 방법으로서 PTO 동력을 이용하 는 로터리경에는 쇄토 상태에 영향을 미치기 때문에 적용이 제한될 수밖에 없다. 로 터리 경운 시 주행 변속 기어를 높이면 경운 속도비가 감소하기 때문에 경운 면적당 연료소비량은 감소하지만 경운 피치가 증가하여 쇄토율에 영향을 미치게 되므로, 쇄 토율이 적합한 범위 내에서 변속이 이루어져야 한다. 또한 작업 중 엔진 속도를 감속

트랙터의 GUTD 운전 방법은 플라우경에 적합한 방법으로서 PTO 동력을 이용하 는 로터리경에는 쇄토 상태에 영향을 미치기 때문에 적용이 제한될 수밖에 없다. 로 터리 경운 시 주행 변속 기어를 높이면 경운 속도비가 감소하기 때문에 경운 면적당 연료소비량은 감소하지만 경운 피치가 증가하여 쇄토율에 영향을 미치게 되므로, 쇄 토율이 적합한 범위 내에서 변속이 이루어져야 한다. 또한 작업 중 엔진 속도를 감속