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本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑 5 G$ ]* Z. @8 a$ M7 @, v$ r1 ^
/ A. ]: h% `1 ?1 V" c. ]4 p
同行相互学习！- l0 o) J- S* O) p( B* x/ F i0 I% ]
$ A1 J* S/ M) e! a1 o5 y$ u) }对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析5 J# Q; u' y1 X% t
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
, J% U9 s4 S0 L- _) iparameters of dynamic stifness4 R# G5 Q m U) a! {
郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’
7 Y* \3 \. ]% L* V(南京林业大学木材工业学院南京210037)
" E6 M5 O: f, f6 g; x摘要：基于满足木工圆锯片优化设计与应用，提高对木工圆锯机及圆锯片系统的动态特性检测
. T& I6 x/ m) M: w p4 D水平等需要。本文依据结构动力学原理，采用随机激励振动测量法，分别对自由悬挂和安装在圆锯机
1 p) L; ^# ?8 Q2 h# `! `* F上两种支撑方式的木工圆锯片，进行其系统的动刚度特性参数进行测量。结论表明，圆锯片系统动刚
, z; s, I: I4 E- A# d- J度频谱为一条随频率变化的曲线，且有多个峰值，每个峰值处动刚度值相对较大；某一系统的动刚度" T3 |1 X3 z* v& R( }8 m; Y
大，代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作用下产生的变形就小。0 R' c; q8 P$ l" j! @7 d# B
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析
, v" |+ x. J9 C1 L) R6 \7 L中图分类号：TS643
; J; ~) o6 y$ v# `% }- K在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，
: k( ^) ^. U1 H; ]3 s5 H2 t普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污
$ ^- z2 q7 t) ^; y O4 L染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增
' M- ?- T# a$ i& P大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起( O6 d$ M0 E g! _, @
安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳8 }2 u1 E5 @" c& G- L+ Q) G
定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有
3 U7 I H3 h" J必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特9 ]# M4 D2 g9 l O# P7 h
性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参9 U2 I, L8 f8 z% Q7 J+ T- N+ F/ d9 g/ m
数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统0 p9 v, [3 W8 q! T. `2 |
中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其
) g! F; |. `. k4 E! H4 N4 z在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单1 t1 U, ^' [9 B! C, w6 T7 w: k7 G! K
位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越
E. T0 ~* S9 A. ^/ p大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，. e' C7 I4 L7 N, }4 ]. N) T
对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。" _, ]. O1 n8 [8 G9 P# ^" P
国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应: Q- `% d: p" q0 r
用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结
! D3 ^+ x* j+ p y% q/ H构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力6 Y8 }( ~. V+ G: _7 V% n1 Q
学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号
, q' B; I% H8 H7 i数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆+ m! z8 X5 D" Z
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关/ e1 `" C; C" Y" o% O
分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，
+ H' S$ t# q+ C @; p' n, D' n0 w. }以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工
* x( C+ `3 D8 }- _+ b: K/ A圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆
" h `' R2 q% B1 u9 K& O锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借! d+ |! f% R- R4 q
鉴。6 r7 i9 n; F) q" |3 ]. O
1 材料和仪器设备- I, V2 J7 p4 N/ e3 v
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使" V- ~0 F, j+ f9 D& [ K& m
用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽: Q; i! A5 K3 g. K. v b- S
3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高
; X: z* @8 k0 a转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程, P3 o( A# g! y ~
有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l& ]) l$ m/ G7 b9 `# c& b0 e$ b1 k
套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件" _( b" b8 c3 G( s3 I
及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限
, p$ g! ?) S: ^" Q6 K公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括
& g/ _" R L! c! jCL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，
0 x! [" r- J% L1 A+ m选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器( X2 N% z. m1 J' m9 H
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。
* c9 \6 N P: H' i, H2 测试原理与过程
5 r& }2 i! v2 [1 ?2．1测试原理" g' @. O3 u7 E+ \ o' w
动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与% {) Z( c* P: d+ ]) P6 P8 R
响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学# n% ~" ]9 l; J" {8 e- U
的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换- h6 D& I& g+ @/ t/ K) Y
与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通 ?; s! {& Y! t9 z. |
过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集4 x3 E( }0 J& f9 M" l4 s5 {
箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传
& e! ^: ]9 g$ w3 ^* T# m, l, \感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产
$ o( e1 b7 z* t; y, `; g* @" i生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受9 n r2 M: a4 U2 J G; t) r
力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、
' J% n9 B2 J4 b% |! }: ?滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从/ t. Y5 i/ m; M( T2 K$ ]5 n
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数0 a$ n1 H; x/ d
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度+ l# f1 M/ [2 _7 I
幅值。
, d: O& P1 h/ j* O1 T2 l2 l+ R/ X2．2测量过程6 T# Z1 E! t" k* N
AdCras数据采集及处理参数设置：采样频率
" x7 |$ v4 S S: n ^% E( S1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为; _# a3 p2 F" F p
(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。3 u- a; d2 V' ] I4 q; P+ y0 f
Standard and test标准与检溺2 {8 `- U6 m; S! a
SsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为: h! T) r4 p1 X1 O$ ]
500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
$ e) q3 Q3 F, a为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率
- P. g( k" ~' F; U" n7 q* X上限，滤波频率设为1000Hz。
& S {; z1 u n- e3 a本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种4 b' m5 @# ]/ F
不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的
9 _0 }. d# w9 j) ^; l: e测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号! ~3 W8 _: `6 F" T! x
(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片& L. l! |5 T! U' ~' y! _# p7 o- T
上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、
K/ u- K) M7 f8 I6 `0 C; Z7 D图2。- @# D8 E$ ^9 u
图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图3 u7 A6 p1 T/ l7 ]0 o ]# K
图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图
( O6 j; }1 Z# Q/ _* @% l实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后
9 O# }. F& V. m4 a" V要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器, B+ P3 Y) K: c( c
连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重
" \6 w0 [; `( R y, P新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆
. ^! ~) u+ J/ j6 c- `6 o7 D锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数* M8 M! Z4 w& `3 l
据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶
% n' g/ |* D( A+ @6 ~的动刚度幅值。2 ? f$ r3 A& B+ D7 P
3 结果与分析4 m3 A: D: J: w4 l5 v$ c
木工机床2011 No．2. C M" y0 C4 i
3．1数据结果
K/ f/ _* l R( v: C- P图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图3 m, s9 Z- c4 y- @* \
以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固( E) N/ S9 l+ P0 r; H, ~$ F
有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中
/ T0 {" P& I* G- J) g% g( I! a% _1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统4 M) \* j, }$ V
中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表
6 H( }2 o5 @! j: n# c示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。7 ~0 l+ k3 g4 ^
7 w# b: A8 L, W i" q u3 C3．2数据计算及分析! l$ I8 s7 O% ?% o' o% y$ }
通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频1 S/ L. f! s% ^, B: U0 A
谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动
" k! m. z2 I, a; \0 l刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中) B$ A: k. C9 H6 s
的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o
! S. G! k2 [6 f根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶
* ]( j, K8 M& Z固有频率对应的动刚度的值，见表1。8 y# Q4 N8 n- q* o0 T- m
表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表
' Y; _5 k2 N8 q8 s固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值: h% F0 s. v3 y# L9 C) {$ m3 T
f(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
& |4 Z4 e! c! t4 ]% d) W1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236. ?5 F+ @+ j9 E1 ~5 n7 @5 c
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
; l, r$ D& U- H8 N7 b1 O- K# b3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．003707 Y( w) E$ W# i+ f7 u+ `
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O/ o1 e7 J4 d6 R7 {* d
5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146
' U) a1 J7 F4 v, k6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137) W- Z \7 H( C3 P
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
2 O* R, ?) T% O8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519+ j- T9 g2 m4 b f* E
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
4 D, H5 B# ^& e1 ^1 E# _8 Z4 O1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
6 ]0 w* Z, f9 d& L1 s悬挂自由系统中圆锯片的动刚度值计算 安装在 圆锯机系统状态下圆锯片的动刚度值计算
) D: X& y0 f1 ~) b$ `4 结论与建议
& \$ q9 A; W5 D, D+ \/ |4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一
- |0 d$ m* m: w7 t4 z# \: B' i条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，2 Q% g" \' P: ]7 F3 p" p
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作! h ]. L* M% _' S( r
用下产生的变形就小。; {& l$ n- A8 I2 D0 t
4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率
5 W9 i4 _4 I& ~' E z/ A所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，' O- j l0 t: r& h
其动刚度值均呈依次减小的规律。
7 H" H! s& h2 a; L/ n- ^: R4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其
9 M5 t8 V' @, P" |" M* v& r固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其
o b% K9 d5 Q e3 z动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的; k& B( c. q, f# V5 _
设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动6 E9 s6 h% s g) ~
刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，1 m( ]& A6 x/ u% m0 V* [8 q
如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动
% \: p" X' d" I频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
- z: V& u! _& } r# o4 m这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提
* u1 U4 d$ L9 o$ [2 Y高其使用寿命和产品质量等。2 ?" |/ i, @2 c, z, U
参考文献" f" j. g: K! U/ z# c0 n
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【3】王正．木工机床旋转机械故障机理与诊断技术[J】．福州：# L7 x7 K, x6 A# F' q2 F4 T" y
《木工机床》，2010(4)：36～42
9 o/ Q8 B$ V: q/ a2 v: l9 X[4】王正；何继龙；黄飞．木工圆锯片固有频率测试方法研究
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" ~; k: M2 q0 E k2 V8 H/ R[5] 5 骆志高；李举；王祥；范彬彬；郭啸栋．基于试验模态分析/ k4 b6 h' I/ \4 n# W# x- Q- }" a
的圆锯片降低振动研究fJ1．上海：《振动与冲$ t: h+ E$ H: C; M \, ~
击》，20Q9，28(2)：124～127
8 E8 ?7 Z8 T* o: w2 C第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装& f; I2 ?: G B
备与过程自动化专业090421班学生/ C1 T- A" m B9 b* o; C
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师
9 P; E1 L6 m* P3 f# p博士
; k' k! g5 V5 F+ x/ M: G(投稿日期：2011．6．9) |
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发表于 2014-1-15 10:37:22