Safety evaluation of livestock feed by-product fermentation storage tank sweep auger through structural analysis

구조해석을 통한 축산 사료용 부산물 발효 저장탱크 스위프오거의 안전성 평가

가축의 영양소 요구량 유지, 비육, 증체, 생산, 번식, 계절환경에 따라 달라지는 변동요인을 감안하여 하루 동안에 필요로 하는 영양소 요구량을 충족하도록 여러 종류의 사료를 혼합한 TMR(Total Mixed Ration)사료의 중요성이 커지고 있다. 이에 가축의 생산성 향상(등급 향상)과 축산농가의 영농비용 절감, 생력화를 위해 범용적으로 사용가능한 TMR플랜트의 개발이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 사료비절감을 위한 식품부산물 발효탱크의 개발을 통해 발효탱크 밑 부분을 구성하고 있는 스위프오거와 이를 고정하면서 Z축으로 회전하는 고정부를 대상으로 하여 시각화 할 수 있는 FEM 시뮬레이션 기법을 이용하여 작업 중 적용되는 하중에 대해 충분한 구조 안전성을 가지고 있는지 해석하였다. 스위프오거의 재질은 SM45C, 작용하는 하중은 감속기의 출력량, RPM을 이용하여 토크 값을 구하고 조사료와 부산물사료가 포함된 TMR사료의 무게와 스위프오거의 단면적을 이용하여 압력 값을 도출하였다. 하지만 부산물사료가 발효되면서 저장탱크를 통해 배출되기 때문에 전체 사료 무게가 줄어 스위프오거에 작용하는 압력 또한 작아지는 것을 확인하였다. 이에 본 연구에서는 저장탱크에서 TMR사료가 배출되기 직전의 가장 높은 압력 상태를 가정하였다. 이 가정을 통해 토크 값은 $1.4N{\cdot}m$, 압력 값은 43 Mpa으로 나타났고 이를 바탕으로 구조해석을 진행하였다. 그 결과 스위프오거는 고정단 부근에서 최대 폰 미세스 응력 310 Mpa이 발생하여 구조적으로 가장 취약한 것으로 나타났다. 하지만 이는 SM45C의 항복강도인 343 Mpa 보다 낮아 안전한 것으로 분석된다. 또한 사료가 배출되면서 스위프오거에 작용하는 압력이 작아져 폰 미세스 응력도 작아지는 것으로 나타났다.