• 한국기계가공학회지
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• 제15권4호
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• pp.1-7
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• 2016

The pick cutter, which directly contacts and crushes the rock, is the expendable part of a roadheader. The arrangement and angle of attachment of the pick cutter are important factors that determine excavator performance. It is necessary to numerically calculate the contact between the pick cutter and rock. The rock is defined as a set of particles using the discrete element method. The parallel bond model is used to define the bonds between particles. The properties of granite that are measured by the uniaxial compressive test are applied to the numerical rock model. The pick cutter is defined by the polygon elements. The linear cutting simulation is considered to simulate the contact between the pick cutter and rock. The results of the simulation show the rock breaking due to contact with the pick cutter.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제35권6호
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• pp.373-379
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• 2010

This study was carried out to develop a belt pick-up type one-row soybean cutter, using physical properties and production conditions of soybeans. The prototype soybean cutter consisted of 4 parts: cutting part, conveying part, collecting part, and travelling part. The prototype soybean cutter was designed to cut soybeans planted with a row spacing of 600 mm, and at a height of 30 mm from the bed bottom using a disk saw. Through various trials with different peripheral velocities of the disk saw and forward speed of the cutter, determined ranges of the peripheral velocity of the disk saw cutting soybeans stems were greater than 18.3 m/s. Spacing between pick-up belts (clearance) was in a range of 60~90 mm so that soybeans could be picked at heights greater than 25 cm, and the size and shape of the pick-up belt were determined the conventional manual harvesting method. The optimal ratio between the forward speed of cutter and the peripheral speed of pick-up belts were from 1 to 1.2 by theoretical analysis. the pick-up belts had a $35^{\circ}$ of tilted angle and $90^{\circ}$ of twisted angle to pick up soybeans safely from the plant input to the lower end of the belts and convey soybeans to the upper end of belts nearby a container. The soybeans at the rear container were dropped down on the soybean row with an interval. The effective field capacity of the prototype soybean cutter was 0.136 ha/h, reducing the working hour by 92% when compared with the manual cutting.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.161-182
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• 2018

본 연구에서는 퇴적층 암석에서 픽 커터의 절삭성능을 평가하기 위하여 선형절삭시험을 수행하였다. 중국에서 채취된 Linyi사암과 역암을 모사한 콘크리트를 시험체로 사용하였다. 소규모 선형절삭시험장비를 이용하여 다양한 절삭조건하에서 절삭조건에 따른 커터작용력과 비에너지의 변화양상을 평가하였다. 커터작용력은 두 가지 재료 모두에서 압입깊이와 커터간격이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 재료의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면 최대작용력과 평균작용력의 비율은 재료의 강도에 영향을 받기 보다는 재료의 구성 물질과 절삭특성에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 절삭계수는 암석과 픽 커터의 마찰 특성에 영향을 받으나 절삭조건에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 절삭계수와 픽 커터 작용력의 합력방향에 따라 암석의 특성을 고려한 최적의 절삭각도를 선정해야 할 것으로 판단되었다. 한편 절삭조건에 따른 비에너지의 변화양상으로부터 최적 절삭조건을 규명하였다. 두 가지 재료에서 최적 s/p비는 2~4 범위로 도출되었고, 압입깊이가 증가함에 따라 비에너지는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구의 결과는 픽 커터의 절삭메커니즘 규명을 위한 데이터베이스로 활용될 수 있으며, 픽 커터를 사용한 기계굴착장비의 설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제25권6호
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• pp.496-504
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• 2015

로드헤더는 커팅헤드에 픽커터를 설치하여 지반을 굴착하는 장비이다. 픽커터는 일반적으로 코니컬타입을 사용하며, 코니컬 픽커터는 선단부에 마모에 강한 텅스텐카바이드 팁을 사용하여 커터의 소모를 감소시키는 굴착 도구이다. 본 연구에서는 구리광산의 망토와 역암으로 구성된 복합지반을 대상으로 로드헤더 커팅헤드에 3종류의 코니컬 픽커터를 사용하여 내구성능을 살펴보았다. 현장적용 후, 픽커터의 육안조사와 중량감소율 측정, 그리고 CT 및 SEM을 이용한 내 외부 균열조사를 수행한 결과, 하드페이싱으로 보강한 코니컬 픽커터의 내구성능이 가장 우수하였으며, 각 코니컬 픽커터의 내 외부에서는 현장적용 전과 후 모두에서 매크로 크랙 및 미세균열을 발견할 수 없었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제13권1호
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• pp.141-159
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• 2017

A pick cutter is a rock-cutting tool used in partial-face excavation machines such as roadheaders, and its quality is a key element influencing the excavation performance and efficiency of such machines. In this study, pick cutters with hardfacing deposits applied to a tungsten carbide insert were made with aim of increasing their durability and wear resistance. They were field-tested by being installed in a roadheader and compared with conventional pick cutters under the same excavation conditions for 24 hours. The hardfaced pick cutters showed much smaller weight loss after excavation, and therefore better excavation performance, than the conventional pick cutters. In particular, the damage to and detachment (loss) of tungsten carbide inserts was minimal in the hardfaced pick cutters. A detailed inspection using scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometry and three-dimensional X-ray computed tomography scanning revealed no macro- or micro-cracks in the pick cutters. The reason for the absence of cracks may be that the heads of pick cutters are mechanically worn after the tungsten carbide inserts have been worn and damaged. However, scanning revealed the presence of voids between tungsten carbide inserts and pick cutter heads. This discovery of voids indicates the need to improve production processes in order to guarantee a higher quality of pick cutters.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.414-424
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• 2023

본 연구에서는 픽커터의 다양한 형상변수들과 그에 따른 절삭 가능 암반 조건들에 대한 총 326개의 정보를 수집하고 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 구축한 데이터베이스를 대상으로 통계분석을 실시한 결과, 픽커터의 형상을 정의하는 변수들 사이에는 유의미한 양(+)의 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 특히, 픽커터의 길이 관련 변수들과 텅스텐 카바이드 삽입재의 형상 변수들 사이의 상관관계가 높게 나타났다. 픽커터 샤프트의 직경도 삽입재의 형상변수들과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 네 가지 조건으로 정의한 암반 조건에 대한 변수와 픽커터의 형상 변수들 사이에는 뚜렷한 상관관계를 확인하기 어려웠다. 이는 암반의 불확실성으로 인해 픽커터의 적용 대상을 수치가 아닌 적용 가능 범위로 제시했기 때문인 것으로 사료된다. 단, 암반이 강해질수록 픽커터 형상변수들의 평균값이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 픽커터의 길이 관련 변수들은 암반이 강해질수록 오히려 작아지는 것으로 나타났는데, 이는 경암반에서 길이가 긴 픽커터를 사용할 때 발생할 수 있는 모멘트의 발생을 줄이기 위한 방안으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.519-533
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• 2023

본 연구에서는 평균 압축강도가 100 MPa 이상인 암석에 대해 픽커터의 선형절삭시험을 실시하였고, 적외선 열화상 카메라를 통해 측정된 픽커터 절삭 시의 발생 온도와 커터 작용력과의 상관관계를 분석하였다. 모든 시험조건에서 최대 온도는 치핑이 발생하는 암석면에서 측정되었고, 암석에 발생한 온도는 픽커터의 작용력과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 픽커터에 발생하는 온도는 대기 온도 대비 최대 36℃ 이내로 상승하였고 커터 작용력과의 상관관계도 뚜렷하지 않았다. 이는 실험실 조건의 짧은 절삭거리와 텅스텐 카바이드 삽입재의 높은 열전도 특성이 원인인 것으로 사료된다. 단, 픽커터의 주요 부위 중에 텅스텐 카바이드 삽입재에 상대적으로 높은 온도가 유지되는 것으로 나타나, 픽커터 절삭 성능의 유지를 위해서는 삽입재와 헤드부 사이에 보강을 실시하거나 픽커터 제작 시에 은납 공정의 품질을 향상시키는 것이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.49-59
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• 2019

본 연구는 로터리드럼커터에 적용된 두 종류의 코니컬 픽커터에 대한 현장시험을 통해 시험 전과 후의 육안조사와 중량감소 및 마모부피를 측정하여 코니컬 픽커터의 내구성을 비교 분석하였다. 육안조사를 통해 슬림 타입 코니컬 픽커터에서만 총 9개의 삽입재 손실이 나타남을 확인하였고 삽입재 보호를 위해 두부의 두께가 중요함을 알 수 있었다. 시험 전과 후의 픽커터의 중량손실과 마모부피는 헤비타입이 슬림타입에 비해 반이하로 작게 나타나 경암반에서 헤비타입이 더 유용함을 확인할 수 있었다. 픽커터의 마모손실을 판단할 때, 중량측정과 마모부피 측정결과의 상호 비교는 재료의 단위중량과 굴착에 의한 스폴링에 의해 차이가 나타날 수 있으므로 주의해야 할 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.811-822
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• 2018

Chip size distribution can be used to evaluate the cutting efficiency and to characterize the cutting behavior of rock during cutting and fragmentation process. In this study, a series of linear cutting tests was performed to investigate the effect of cutting conditions (specifically cut spacing and penetration depth) on the production and size distribution of rock chips. Linyi sandstone from China was used in the linear cutting tests. After each run of linear cutting machine test, the rock chips were collected and their size distribution was analyzed using a sieving test and image processing. Image processing can rapidly and cost-effectively provide useful information of size distribution. Rosin-Rammer distribution pamameters, the coarseness index and the coefficients of uniformity and curvature were determined by image processing for different cutting conditions. The size of the rock chips was greatest at the optimum cut spacing, and the size distribution parameters were highly correlated with cutter forces and specific energy.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.359-368
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• 2022

Undercutting using an actuated disc cutter (ADC) involves more complex cutting mechanism than traditional rock cutting does, requiring the application of various new cutting parameters, such as eccentricity, cutter inclination angle, and axis rotational speed. This study presents cutting-edge laboratory-scale testing equipment that allows performing ADC tests. ADC tests were carried out on a concrete block with a specified strength of 20 MPa, using a variety of cutting settings that included penetration depth (p), eccentricity (e), and linear velocity (v). ADC, unlike pick and disc cutting, has a non-linear cutting path with a dynamic cutting direction, requiring the development of a new method for predicting cutting force and specific energy. The influence of cutting parameters to the cutter forces were discussed. The ratio of eccentricity to the penetration depth (e/p) was proposed to evaluate the optimal cutting condition. Specific energy varies with e/p ratio, and exhibits optimum values in particular cases. In general, actuated undercutting may potentially give a more efficient cutting than conventional pick and disc cutting by demonstrating reasonably lower specific energy in a comparable cutting environment.