Zhiyong Yang;Xiaokang Shao;Hao Han;Yusheng Jiang;Jili Feng;Wei Wang;Zhengyang Sun
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.1
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pp.73-84
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2024
Owing to the high strength and abrasive characteristics of cobble-boulders, cutters are easily worn and damaged during shield tunneling, making construction inefficient. In the present work, the stress on the ripper and scraper on the cutterhead was analyzed by the PFC3D-FLAC3D coupling model of shield tunneling to get insight into the performance of the cutterhead for cutting underground cobble and boulders. The numerical calculation results revealed that the increase in trajectory radius leads to a rising stress on the cutters, and the stress on the front cutting surface is greater than that on the back of the cutters. Moreover, the correlation between cutter wear and stress is revealed based on field measurement data. The distribution of the cutter stress is consistent with the cutter wear and breakage characteristics in actual construction, in which more extensive cutter stress is exhibited, extreme cutter wear appears, and more cutter breakage occurs. Finally, the relationship between the cutterhead opening area's layout and cutter wear distribution was investigated, indicating that the cutter wear extent is the most severe in the region where the radial opening ratio dropped sharply.
Yamashita, J.;Tsurusaki, T.;Doi, H.;Sekino, M.;Setoguti, R.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1993.10a
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pp.666-675
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1993
In order to prevent bodily injuries frequently suffered in using bush cutters, especially from spattered stones, we developed a unique new cutting system equipped with a fixed blade on top of the rotary blade, and checked into the mowing performance of the cutter. From experimental test of mowing efficiency and measuring test of physical stress (O$_2$ consumption and heartbeat rates) , the new cutting system with a fixed blade proved that it keeps good cutting performance with lower peripheral speed of the rotary blade(22m/sec), compared to that of ordinary cutting blade, yielding more safety in operation. Weight of the cutter head is, however, heavier than that of ordinary machine by about 70% which increased a physical stress on the operator with slightly faster heartbeat rates. In mowing along edge of concrete wall, the operator enjoyed using the cutter with no anxiety , owing to function of the fixed blade.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.245-248
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2004
The press cutter is productive equipment that practically manufactures materials such as fabrics, papers, films, leathers, rubbers etc. into the desired shapes using cutting method. Plate cutting process is one of the primary energy absorbing mechanisms in a grounding or collision event. The cutting mechanism is complicated and involves plastic flow of plate in the vicinity of the tip, friction between wedge and plate, deformation of plate. In this paper, we studied the effect of friction between cutter and plastic sheet for producing precise and superior products. The press cutter is analyzed numerically using MARC finite element program according to the variation of friction coefficients. The FEM results showed that normal stress, equivalent cauchy stress, normal total strain, equivalent total strain are good when friction coefficient is 0.0 and shear stress, shear total strain are good when friction coefficient is 0.8.
Purpose: This study attempts to find out the optimum condition of the rotary cutter making pellet in the footwear outsole process. The pellets are used in the process of outsole rubber fabrication to reduce cycle time and save raw material. Methods: Computer simulations are used to analyze the maximum stress in the rotary cutter after designing a variety of cutter shapes. Taguchi method is used to identify the robust condition of the cutter. In $L_{18}$ orthogonal array, the control factors such as knife width, twisted angle, number of knives, diameter, knife depth and supported angle are considered and noise factors like assembly tolerance and amount of antifriction are allocated. Results: It is found that the most important factors to reduce maximum stress in the cutter are supported angle and diameter. Using Tacuchi's results, we can reduce 70% cycle time and 9% raw material compared to the traditional method using cutting die. Conclusion: When designing the rotary cutter, the best conditions are the diameter at its maximum allowable value and supported angle in the boundary of machine inner space.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.181-191
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2014
This study aims to evaluate cutter acting forces as well as axial stresses and torques in the shaft of two kinds of disc cutters including a single disc cutter and a double disc cutter with the same cutter ring geometry in a series of linear cutting tests. From the tests, the mean values of normal forces and rolling forces acting on the double disc cutter were approximately twice as high as those from the single disc cutter. Similarly, the mean values of axial stresses in the shaft of the double disc cutter were also twice as high as those from the single disc cutter even though the comparisons of torques from two kinds of disc cutters were insignificant since they showed very low values. However, it is necessary to take the durability of a tapered roller bearing used for the double disc cutter into high consideration since the average normal force from the double disc cutter exceeds the allowable force for a disc cutter with the diameter of 432 mm (17 inches). Finally, there is no practical problem in terms of axial stresses in the shaft of the double disc cutter since they are much lower than the yielding stress of the cutter shaft material, even though the axial stresses in the shaft of the double disc cutter are approximately twice as high as those from the single disc cutter.
The press cutter is productive equipment that practically manufactures mechanical components and polymer-based materials such as fabrics, papers, films, leathers, and rubbers into the desired shapes using a press cutting tool. The plate cutting process is one of the primary energy absorbing mechanisms in a grounding or collision event between a press cutter and a material on a die. The cutting mechanism is complicated and involves plastic flows of a plate in the vicinity of the tip, friction between the wedge and the plate, deformation of the plate. In this paper, we studied the effect of friction between cutter and plastic sheet far producing precise and superior products. In this paper, the press cutter is analyzed numerically using MARC finite element program for a optimization design of a press cutter. The FEM computed results show that the maximum von Mises stress is concentrated on the tip of a press cutter, which may lead to the edge wear or impact wear of the sharp cutter. Based on the FEM result and Taguchi's experimental design method, the optimized design model 9 for a press cutter is recommended as a best one.
The specially-shaped Polycrystalline Diamond Compact (PDC) cutter is widely used in drill bit design due to its advantages of high rock cutting efficiency, strong impact resistance and long service life in hard and abrasive formation drilling. A detailed understanding of rock cutting behavior of worn specially-shaped PDC cutter is essential to improve the drilling efficiency and decrease the drilling costs. In this paper, the theoretical models of two new principles (loading performance (LP) and cutting performance (CP)) are derived for evaluating the cutting process of worn specially-shaped cutter, the theoretical models consider the factors, such as cutter geometry, aggressiveness, stress state, working life, and rock cutting efficiency. Besides, the numerical model of heterogeneous granite is developed using finite element method combined with Voronoi tessellation, the LP and CP of 12 kinds of worn specially-shaped PDC (SPDC) cutters are analyzed. The results found that the mechanical specific energy (MSE) of worn cutters first increase and then decrease with increasing the cutting depth, and the MSE increase with the increase of back rake angle except for Conical cutter and Wedge-shaped cutter. From the perspective of CP, the worn PDC cutters are more suitable for the smaller cutting depths, and the back rake angle has little effect on the CP of the specially-shaped worn PDC cutters. Conical cutter, Saddle-shaped cutter and Ellipse-shaped cutter have the highest CP value, while Rhombus-shaped cutter, Convex cutter and Wedge-shaped cutter have the lowest value in selecting cutters. This research leads to an enhanced understanding of rock-breaking mechanisms of worn SPDC cutters, and provides the basis to select of specially-shaped PDC cutters for the specific target formation.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.3
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pp.225-235
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2013
Cutter forces acting on a disc cutter in TBM are the key parameters for TBM design and its performance prediction. This study aimed to experimentally evaluate cutter forces with different ring shapes in a hard rock. The stiffness of a cutter ring was indirectly estimated from a series of full-scale linear cutting tests. From the experiments, it was verified that the rolling stress acting on a V-shape disc cutter was much higher than on a CCS disc cutter even though the penetration depth by a V-shape disc cutter could be increased in the same cutting condition. Finally, it is suggested that a prediction model considering the shape parameters of a disc cutter should be used for its better prediction.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.5
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pp.25-29
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1999
Machining process introduces thermal deformation of a cutter which affects the surface finish of the workpieces. By measuring the temperature distribution f the cutter thermal stress and deformation of the cutter are simulated. In addition surface roughness of workpiece is simulated by the surface-shaping system. The result shows that thermal deformation deteriorates the surface roughness.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1998.10a
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pp.97.2-101
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1998
Machining process introduces thermal deformation of a cutter, which affects the surface finish of the workpieces. By measuring the temperature distribution of the cutter, thermal stress and deformation of the cutter are simulated. In addition, surface roughness of workpiece is simulated by the surface-shaping system. The result shows that thermal deformation deteriorates the surface roughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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