수집형 마늘 수확기 굴취부 구조해석

국내 마늘농가에선 단순 굴취식 마늘 수확기를 사용하고 있지만 수확한 마늘을 수집하는 작업에 추가 노동력이 들어가는 실정이다. 추가적인 작업을 개선하기 위해서 수집형 마늘 수확기를 개발 중에 있다. 수집형 마늘 수확기로 굴취 작업 시 자갈이나 마늘, 이물질 등에 걸려 굴취날에 힘이 가해질 수 있으며, 그 부분에 집중응력이 발생하여 굴취날에 큰 손상이 생길 수 있다. 또한 마늘 수확기의 굴취부는 용접으로 고정되어있어 마늘 굴취 시 접합판과 굴취날사이의 용접부에 집중하중이 가장 많이 가해질 것으로 추정된다. 이에 수집형 마늘 수확기의 부품 중 강도와 밀접한 관련이 있는 굴취부의 안전성을 확인하고자 구조 해석을 수행하였다. 분석에 사용된 소프트웨어는 ANSYS이며, 응력 해석 시 해석 시간을 줄이기 위해 마늘 수확기 모델링의 굴취부를 제외한 부분을 제거하여 단순화하였다. 굴취부의 재질은 실제 마늘 수확기 굴취부 재질인 SM45C로 설정하였다. 굴취날의 길이, 폭 및 두께는 1,300 mm, 180 mm, 12T로 설계하였고, 접촉판은 높이, 폭, 두께는 850 mm, 1163 mm, 8T로 굴취날의 폭을 1/3만 접하도록 설계하였다. 분포하중 해석 시 굴취날 전면으로 흙이 들어오기 때문에 굴취날 폭의 중앙에 분포하중을 적용하였다. 집중하중 해석시 굴취 중 이물질이 굴취날 폭의 하단 및 중앙에 부딪히는 것으로 가정하여, 굴취날의 6부분(가장자리부터 110, 230, 350, 470, 590, 650 mm)의 하단과 중앙의 위치에 각각 적용하였다. 각 해석 시 적용한 분포하중과 집중하중은 50마력 트랙터 기준 견인력이 10,000 N이므로 10,000 N, 15,000 N, 20,000 N으로 설정하였다. 분포하중 및 집중하중의 구조 해석 방법으로는 Von-Mises 응력(equivalent stress)와 Total Deformaton로 분석하였다. 구조해석 결과, 분포 하중 시 응력 64.24~128.48 MPa, 변형률 0.37~0.74 mm, 집중 하중 시 응력 66.41~246.85 MPa, 변형률 0.35~0.79 mm 최소 안전계수가 분포하중 시 2.88~5.76, 집중하중 시 1.49~5.5이다. 이는 응력 최댓값 대비 항복강도의 발생 응력이 낮기 때문에 적정한 설계로 판단된다.