단계별 작업기를 통합하여 일관화하는 복합기를 실용화하여 생산효율이 개선되어 밭농업 생력화에 기여하였다. 본 연구의 목적은 SAS를 이용한 복합작업기의 최적 작업조건을 반응표면기법(RSM)으로 구명하고 최적 성능을 실험으로 평가하여 집약적 밭농업의 트랙터 운용방법을 제시하고자 하였다. 로터리 작업에서 회전속도와 전진속도의 관계는 견인력의 효율성과 멀칭 등 작업품질에 적정한 트랙터의 운용기준 조건을 나타낸다. 슬립과 공차를 고려하면 통합 선택기준 작업속도는 3.4<SPDcr<4.7 km/h 범위로 확장되고, 로터리 피치(p)가 40<p<56 cm/rev로 판단되었다. 여러 검토조건에 서 연료소비량을 예측하고 동력의 효율성을 평가하는데 Kim 모델이 사용되었다. 목적함수를 만족하는 적정 p의 범위에 속하는 공칭 작업속도(SPD)를 엔진속도비(n)와 주행 기어비(GR)로 나타내어 최적 설계점은 카테고리 1급(DK450) 트랙터에 대하여 독립변수 n, GR/변속단수는 0.65, 401/M4로 구명되었다. 실험 평가에서 작은 트랙터는 시뮬레이션과 비교적 일치하였고, 큰 트랙터의 실험은 낮은 연료소비량과 실작업속도로 오차를 유발하였다.

밭농업의 일관화를 위해 개발된 복합작업기의 효율적인 운영전략은 연료절감의 목표와 함께 저속 로터리작업의 품질에도 중점을 두어야 한다. 본 연구는 둥근 두둑 복합작업기의 작업품질을 유지하는 적정조건에서 동력과 연료소비를 계상하고 비교하여 집약적 밭농업에서의 효율적인 작업기 운용전략을 제안하려 하였다. PTO 표준 시험성적을 이용한 Kim 모델은 임의의 부분 부하 상태에서 연료소비량(FC), 비체적 연료소비율(SVFC) 및 단위면적당 연료소비율(FCA)를 구하고 셀선도(shell diagram)를 얻을 수 있다. 따라서 개발된 복합작업기에 적용할 카테고리 1 트랙터(DK450)와 카테고리 2 트랙터(PX800)를 선정하고 적정운용 조건에서의 연료소비 특성을 비교하였다. 이전 연구를 바탕으로 이론적인 목표 작업속도는 3.0<SPDth<4.0km/h와 로터리 피치(p)가 35<p<47cm/rev인 범위를 적정한 작업 기준(criteria)으로 하여 운용조건을 선택하였다. 각 트랙터에서 적정한 운용조건의 사례들을 비교하면 작은 트랙터(DK 450)를 사용함으로써 얻을 수 있는 연료소비 절약율은 FC가 19.4%, SVFC가 21.1% 그리고 FCA가 29.9% 정도로 평가된다.

밭농업의 생력화를 위해 개발된 둥근두둑 복합작업기는 로터리를 기본으로 관행의 작업순서에 맞게 경운, 휴립, 피복 및 파종 작업기를 순차적으로 배치하여 통합시킨 형태로서 로터베이터의 특성에 영향을 받는다. 본 연구에서는 작업속도에 따른 작업품질을 평가하고 이에 따라 최적 작업능률 및 운용비용을 분석하였다. 복합기의 작업속도에 따른 작업품질을 평가할 때 공칭 작업속도 4km/h까지 토괴의 응집크기와 멀칭 및 파종구 상태가 적절하였다. 주행기어의 단수를 높여 작업속도를 증가시키면 작업시간 단축에 따른 고정비 및 변동비의 절감과 연료효율의 제고로 인한 연료비의 절감을 기대할 수 있다. 작업능률과 비용평가에 있어 공칭 작업속도 4km/h에서의 부담면적은 24.3ha/yr 이며, 단위면적(10a)당 총비용과 연료비는 각각 ￦60,352/10a 및 ￦5,712/10a으로 총비용에서 연료비가 차지하는 비율은 9.5%로 연료의 절감은 제한적이었다.

밭농업의 기계작업을 복합기로 일관화하기 위하여 관행의 개별적 기계를 모듈화하고 일체화시켜 둥근두둑 작물의 재배체계에 맞추어 구성하였다. 본 연구의 목적은 둥근두둑 복합작업기의 작업성능을 파악하는데 근거가 되는 슬립의 특성을 분석하여 집약농업의 작업효율을 극대화 할 수 있는 복합작업기의 운용방안을 제시하고자 하였다. 도플러 레이더 속도계를 사용하여 무부하 기준속도를 콘크리트 지면에서 주행속도를 측정하고, 후륜 동반경을 결정함으로써 이론 회전속도를 이용하여 제로슬립 속도를 계산하였다. 연구의 결과는 변수의 유의한 영향에도 불구하고 심하게 낮은 슬립의 범위(3.9-8.9%)에 있음을 보였다. 이는 복합작업기의 무거운 중량에 대응한 정적 후방전도 안정성을 위하여 카테고리 2급 트랙터를 사용하였기 때문이다. 로타베이터를 기본으로 하는 집약농업의 경우 작업속도(2.0-4.0km/h)가 저속이므로‘gear up throttle down’원리가 적용되지 않으며 연료의 소비량은 운용비용에 절대적이지 않을 것으로 판단된다. 따라서 복합기의 운용은 견인 및 연료효율에 맞춰져서는 큰 이득이 예상되지 않으며, 파종상토와 멀칭작업의 품질, 즉 작업결과에 초점이 맞춰져야 한다.

최근 밭농업의 기계화와 생력화에 대한 연구와 개발이 활성화되고 있다. 그러나 밭농업의 기계화율은 비교적 낮을 뿐 아니라, 농작업이 단계별로 기계화되고 있기 때문에 밭농업의 생력화에 기여하지 못하고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 밭농업을 생력화하기 위하여 구현한 일관작업 복합기의 포장능률 및 비용분석을 통하여 생력화율을 평가하는데 있다. 경운·정지, 두둑성형, 방제, 멀칭 및 파종·정식모듈을 포함하여 다섯 작업모듈을 일관화한 복합기의 이론작업시간은 0.56hr/10a으로 관행과 비교하여 67%의 생력화율을 보였다. 유효포장능률은 0.09ha/hr로서 관행에 비하여 2.95배 우수하였고 부담면적은 9.07ha로 평가되었다. 비용분석에서는 복합기의 초기구입비가 43% 절감되는 것으로 평가되었으며 시간당 비용과 단위면적당(10a) 비용은 관행에 비하여 각각 68% 및 58% 정도 절감되었다. 따라서 트랙터 복합작업기를 이용한 일관화된 밭작업은 관행에 비하여 생력화에 상당히 기여하는 것으로 평가된다.

지역 밭작물 생산의 생력화를 제고하기 위하여 개발한 복합 작업기(BG-1200AB)를 트랙터(DK753C:55kW)에 장착하고 평두둑 복합기의 작업동력 및 견인력을 평가하였다. 견인 동력계의 여섯 로드셀에서 측정된 신호는 분력식에 따라 견인력(Ph), 수직력(Pv) 및 수평력(Ps)으로 계산되었고 각축에 생성되는 모멘트(Mh, Mv, Ms)를 계산하여 작업상태를 분석하였다. 견인력은 주로 토양의 다짐상태에 따라 영향을 받으며 평균 108-578kgf의 견인력에 대하여 견인동력은 0.5~0.9kW 정도였다. 작업속도는 0.4~2.0km/h 범위에서 절단피치가 증가할수록 비견인력(specific draft)이 감소하는 감소지수 관계를 보였다. PTO 토크는 경심에 따라 평균 160~350N․m으로 측정되었으며, 로터리 경운과 펌프 구동에 사용되는 PTO동력(9.0~19.8kW)이 소비동력의 대부분을 차지하였다. 따라서 복합기의 운용은 견인 동력효율에 맞춰져서는 이점이 나타나지 않으며 작업결과의 질 즉, 파종상토와 멀칭작업의 품질에 초점이 맞춰져야 한다. 상부견인 또는 하부견인에 따라 부하의 위치와 크기가 변화되고 작업기의 균형이 결정되므로 작업기의 고품질 작업을 추구하기 위하여 하부 링크의 독립적 제어를 제안한다.

최근 안전하고 질 좋은 ‘로컬푸드’에 대한 생산과 소비에 대한 관심이 높아지면서 지역 밭농업의 기계화와 생력화를 절실히 필요하게 되었다. 본 연구의 목적은 밭농업을 생력화하기 위한 일관화 작업 평두 둑 복합기의 개념을 설계하고 후방전도 안정성을 검토하는데 있다. 일관화 작업 복합기는 경운·정지, 휴립, 방제, 멀칭 및 파종·정식의 다섯 단계별 작업기를 통합하여 트랙터 부착 견인형으로 일관작업 체계의 개념으로 설계하였다. 기존의 개별 작업기들를 참고하여 복합기의 자중과 소비동력을 추정하고 국내 농가에서 사용하는 트랙터에 적용 할 수 있는지를 동력 공학적으로 검토하였다. 방제용액을 포함한 작업기의 추정 자중은 1,270kgf으로 예상 총소비 동력 33.5kW을 제공할 트랙터를 검토한 바, 45PS(33.6kW)급 트랙터는 히치 상승능력과 총동력에 있어 적절한 한계선 이내에 있는 것으로 판단되었다. 또한 복합작업기의 자중에 의한 후방전도의 안정성을 검토하였는데, 본 연구에서 설계한 복합 작업기를 카테고리 I(<48kW) 트랙터에 장착하여 사용할 경우 트랙터 전면 평형추(ballast)로서 전방 버켓로더를 부가하여 후방전도 안정성을 유지해야 한다.