|
|
本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑 ( L# d& w/ d. Q/ L6 C
/ R" O% d5 h/ H" m
同行相互学习！1 e6 Q# i+ h5 I
- Q* D: Q4 ^! ?& }8 r+ k2 l对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析3 H1 V) |* Y/ S
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic4 N/ {+ b2 z& m! w; c
parameters of dynamic stifness
5 `1 b1 o& U4 F' {郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’ r, c! S) t$ v2 ^% S" a/ i
(南京林业大学木材工业学院南京210037)& P: d9 } m9 w- p+ s" I
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
9 s' C' s* L v" d Z p5 G: v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2 `7 e8 T" w8 ?# d% y
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; v7 l' x; x2 F7 S) i( h
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
, h, [1 t I; V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。: j8 e% V; H! y g$ P3 Q
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析/ k, Z |% J6 J% `" X' ]( m
中图分类号：TS643( J: c& y+ H- y) {& o! S+ |( `
在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，
& ? U! b' f% J; J4 _6 k5 `' o普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污
& h5 S0 I9 ~( ]9 Q& c: _8 l染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增! Q1 _5 i) }" z; Q6 r% \
大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起
( v6 [* T9 r! v$ x安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳
4 m3 n- B& g5 r/ w1 D- b) u9 X; J定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有
$ E1 b" B* }# V' E9 }5 A/ E5 k必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特
x' n1 K9 d+ q1 v/ A+ B) A7 ]0 h性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参% K- E1 j ]! @8 G9 p
数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
) r D V* [1 ~* \& ^( k( T中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其
5 S: W+ Z( }+ L在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单% S5 G: L* n1 X# \: w. v
位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越
`/ A# n* v3 i6 F6 i( f( j8 `/ d大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，7 X, u# {) W; |( d) O0 A* _$ G; f
对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。! B: S9 k" }3 A$ f. e
国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应$ S( Y7 {- C! Y' p3 F1 i: m
用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结( O0 K; k, R$ d- Y' M) o/ @
构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力' |$ y( J" h) L
学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号, N4 c' k) [' R: Z; `; K( e
数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆- ?# Y3 `3 X7 o" _) ~5 ?
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关
' ~# y9 ^* [: ?, z分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，
& l" `) V$ a |+ z: \' ]: w6 g以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工
8 q; y ~. j. a. K6 ?" h圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆: V1 D( i8 j: b9 F5 `0 {/ {% q
锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借
" f5 E% u1 I4 Q1 C0 B+ \. w鉴。! S0 x6 r" r V8 `. E, V- K
1 材料和仪器设备/ ^( a6 ^7 x7 ?& F! S' ]6 w) [; Z+ h
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使
6 V+ }# n3 y4 d3 W" W# z1 O: E用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽/ ]7 B4 N/ x, g0 l8 }
3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高! B) ?1 Y6 ~0 z
转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程) R+ P6 p" C% p7 t/ C% p
有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l
, D+ c" ]9 q3 v& ~. \0 `套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件; C7 U' H& P2 u/ w: e/ d$ |, G6 t# j
及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限. E- k" r+ c' Q0 I6 i
公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括0 U3 x5 Z/ S, _/ }& Y9 J
CL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，, |' F1 ~: o( f4 z$ ]
选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器9 N# g3 B3 I6 @ e1 m
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。
2 l. o: i' n- C( b& s" K7 [7 D2 测试原理与过程
) p& g j6 z# Q/ w* W' k2．1测试原理, F" x4 O: J* b7 R1 Q
动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与4 m m8 Q- J# O" ?& D5 Q* B1 d
响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学" {" K1 ^% ?3 U$ S b. L, ^1 e* j
的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换, v+ ~ g% s. r3 a
与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通$ P: a6 @5 g* a3 L
过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集7 c2 _9 l6 ^; G$ n& j5 x: X- c
箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传
. N& Z! B% Y' o) f% e感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产
- X: [2 K+ r4 q# [3 h+ G生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受9 f( b3 t! o. s. c
力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、2 t: P1 r! _1 N* s! w9 ?
滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从( d0 J5 F7 ]2 b v T- D
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数, ]: N+ g1 w% F& H( P/ K, h
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度
b8 y P( [3 ?$ S0 {/ M3 a& H幅值。& L6 ~) D- x# c0 F/ x
2．2测量过程
. p) _; L6 \" V; j3 QAdCras数据采集及处理参数设置：采样频率
/ z4 w7 w! f# f. @1 ^1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为
+ M" S% r0 r8 Y(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。3 w5 k2 ~6 c8 U6 ]
Standard and test标准与检溺
6 e# J2 V9 I7 F/ f* k. C- BSsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为& }# _+ }* X3 u8 T$ u# p( n7 h, u
500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
; G2 z) g/ d" b6 | F: R" m为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率
* y4 A7 Q8 g; v b& f! ^上限，滤波频率设为1000Hz。
7 q( B% m: X9 K. ?5 x$ V本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种: R4 \! ]" q) g7 B# g" l$ S: n
不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的
$ u. c; ^" J) l1 s: X测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号
/ G2 C4 {, G( a. s(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片
; b; x& A) m! Z. x( o上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、
4 S" `; M6 K2 }( `& ~+ E图2。5 ]4 d1 W1 M$ a0 l, f; Q1 ^4 f
图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图
`, H1 t/ H( v4 q! }图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图
% V9 v! {" T; b9 M; r, e实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后7 d( W9 J! W; j* _% v0 f
要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器& R0 ?# E8 i0 Z0 T5 x$ R6 o$ v/ n9 d2 n
连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重9 J5 q' R" E: }: G
新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆
& l+ y5 u Q. t! n7 ^锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数( N/ {' V! ~ _$ d; i
据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶* ^2 Q" N# D! D" v4 O3 @/ w
的动刚度幅值。
( G5 x0 ~4 I- C& N3 结果与分析+ _( `; p' D9 b' [* g" d5 W
木工机床2011 No．2
1 ?/ k! x2 U4 [& t/ J7 T$ a3．1数据结果; W( G! J8 Y0 ]; X% m. i
图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图
5 U7 Z* @- @4 H7 o w以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固
) O9 G$ k1 A1 Q1 _! F6 s$ n有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中5 x; b4 ^+ K. l8 s7 X
1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统! v7 I* ?, X) v% B- e l
中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表6 u$ t# L' ?& ^# B
示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。
1 A+ L7 l- ?- N9 V/ B; R# C. G/ J" r/ P8 Q' y! e" D
3．2数据计算及分析
7 u- b5 c/ b8 i通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频
! M5 w, o) L# ~谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动: o" H# A, t3 ^) f9 y" z5 ^9 O+ L
刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中" H, q3 d; z6 h+ c; K( r
的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o/ G/ _! Y k! z# W
根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶& O) N+ A) M8 U4 Z, E i( c
固有频率对应的动刚度的值，见表1。: W1 J+ n s2 u N+ K
表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表
0 I' c5 i7 z) A2 a+ J4 A固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值
4 ~; x" r0 q; m: B* m! tf(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
6 p6 d8 K, \$ f1 h" q6 k$ }( g1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236% u9 `" y! t f5 U* L' g- \0 v
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670& V/ ^5 W/ w3 x( U4 D2 m9 [
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．003700 O2 g0 \- x3 _( S) K1 _
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O* n9 `. e( m( z# W ?) f0 n
5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146* z0 u8 X0 R$ J% u
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
7 O: x& g( c5 b' n3 R6 ?7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
0 N7 V9 s) P$ _2 g7 e1 s8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519
7 J" x: ~& m1 `* L: B/ X2 k% Q. t. B9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
" V3 N0 r# l) O: p1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
% W' T6 y( @1 W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
' i: e9 d0 i0 {: o8 C2 H7 V/ u4 结论与建议
( x# S, s, k. g% G a' w4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一
, H9 {4 u% h& Z条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，& o* Y- z( Y4 I+ w
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作 b( x) v6 l: m* g4 b* r
用下产生的变形就小。
# z8 \ [% v4 c; n% C$ z8 |4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率0 ^6 ^! w1 K7 A( ^6 j4 O# ^# p
所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，* c" \7 R! p/ U& D. T1 O
其动刚度值均呈依次减小的规律。6 @8 h4 J; `$ W5 \) A+ x
4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其
, z* n) [ h; ?' ?固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其7 |$ F) J/ X0 O7 X2 b% E
动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的: G3 Q. r# M; S: a
设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动
& \: J8 x5 A) H+ t刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，1 v9 { a; o7 T- L
如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动
6 _; G1 ?1 M& ? ~$ [5 G. C9 ^$ Q' H频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
& \7 n4 e6 l' ^这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提# e7 ~0 Q/ V, _$ }0 O
高其使用寿命和产品质量等。+ R3 p9 d2 ?1 X8 `5 E- _' S5 I% R
参考文献
+ B# F3 n3 x+ X! w8 |5 {) ]' T[1] 1 易良榘．简易振动诊断现场实用技术[M】．北京：机械工
' c3 ?$ e8 l2 E7 x( I. z9 R5 s业出版社，2003．4
|) Q$ j: F4 S' xf2]吴正毅．测试技术与测试信号处理【M 】．北京：清华
! z7 S& z6 {1 a) k大学出版社，1991
! c* Q7 l5 e5 o# U" V! D【3】王正．木工机床旋转机械故障机理与诊断技术[J】．福州：
3 A+ P9 Q5 P3 H+ @% A+ u《木工机床》，2010(4)：36～42
$ ]( m& T8 F( h$ L$ ~ G$ D[4】王正；何继龙；黄飞．木工圆锯片固有频率测试方法研究3 S7 G( @" h H5 x
[J]．北京：《木材加工机械》，2006(3)：31～330 P$ c$ h1 U s9 V5 S# ]
[5] 5 骆志高；李举；王祥；范彬彬；郭啸栋．基于试验模态分析; D x2 z$ `6 S
的圆锯片降低振动研究fJ1．上海：《振动与冲
% w) @, y f+ ]击》，20Q9，28(2)：124～127
! y( B8 K' [; i- o# q& K; M第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装
! H+ @0 k, K) A0 m) X: V# e6 ~3 T备与过程自动化专业090421班学生/ v3 |4 a9 g2 a, ~5 n& a
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师& \ e% [+ [" \, J2 c% G' A% T" M
博士# a& K/ `2 {+ y$ A, O; Y
(投稿日期：2011．6．9) |
|
发表于 2014-1-15 10:37:22