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本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑 4 l- u3 |; U. ~* m3 i
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同行相互学习！
: E! E1 S9 ^; w! D% Z( }9 b5 p 4 F; s! v; ~! i [2 _
对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析
: U: t. ~5 g! \% L0 s7 n; sFor woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic2 _. C, \5 [$ \7 W# P/ X
parameters of dynamic stifness
+ ?9 M8 A; \, J9 `3 r6 `郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’
1 L5 f' @6 ^# q; @- D$ x' i(南京林业大学木材工业学院南京210037)
" _3 Q( m: t$ p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
1 |# k0 l5 J, ?9 }# P# m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# \' |" L, b+ {6 t- X
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. ]. w+ p8 @9 A: R
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; y; I/ a3 T& q2 I- D8 D6 C5 u- r
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。% O$ M$ E- N) O2 d
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析
4 B4 G7 X5 E: H9 K' P. j3 P中图分类号：TS643. C0 D {% E: n! C) ?1 s5 \
在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，
6 U6 i: N' k H2 _2 E3 Q9 ^普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污$ ?" l+ I; _ T
染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增 c2 r' b2 k1 R4 k# P
大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起* F# s/ g3 D- T( {3 j- c
安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳) ?5 D4 H# ]8 Y* {0 L
定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有
0 s' z& F3 V+ z# C& ]: r0 c' o必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特, [' S/ v8 g0 o; X. d2 v7 n9 w2 l. `
性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参
" s! z6 y& D1 f" v数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
6 C# s: U& L: b) l5 T. |( N中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其
, u' n3 a# K' }8 y2 N, b" Y在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单" T6 X- G) ~* e W! ~. O
位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越6 }" [2 b) G' u$ y! h! w
大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，2 Z9 U. p+ X* X8 {) {
对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。+ D: Q$ z- x5 d* ]- [3 f+ U
国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应4 l) Q* c% P/ e# ~, ]
用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结
2 h" _/ E9 o4 s* b/ S0 w( C构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力% D4 ]5 |5 m: `9 C' r t
学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号" [6 O8 u- [* a
数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆! Y4 m5 F& x" h2 \% f' Q# v
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关
3 `* h/ F' I4 r" v/ Q2 F分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，
% O: @7 K8 n( p9 [( \5 j/ t以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工- R; B8 Q3 S" I
圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆
6 ?* E; V/ [" Q4 K8 J锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借4 e X+ I% d4 c3 ]0 p
鉴。% {+ d* `& j& n& \% K
1 材料和仪器设备
+ O0 ~! G( j' Z9 w- i本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使& z7 r: e0 N1 W
用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽
5 F* p3 h9 k& U) t3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高7 C) L9 }3 _' G. y, ?5 K4 C3 K
转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程
$ x% i5 T% R$ {* _有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l: k8 C' y9 y3 O3 L
套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件
4 I' s1 o/ g4 v+ U及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限8 a3 F; Z4 ~% P( Z" A
公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括
6 I2 g$ H) [ o! VCL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，
! G$ Z* d4 K6 \3 r7 F选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器 G5 K5 x* |. [- j- q0 b3 k0 Z
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。9 V }4 Z) D d; i/ y- C# c s: `7 G2 C
2 测试原理与过程
) G2 `4 v; P b4 p8 l2．1测试原理
4 W9 @) \* |# w0 v Q: a动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与6 V2 G ~( k$ Q' r
响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学; f9 _0 T2 h: {( z' {& ^/ f
的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换8 p! \2 V4 e) } b9 |
与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通
6 A6 M: h. f$ t5 Q# Y过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集' K9 D! j8 M! A( ?5 [. c! t
箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传
4 G" F/ [ u3 t3 f感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产" _* |4 F+ @. i! P, z4 r
生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受
' t! m7 T) k0 J* z# l4 H0 i力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、
2 M% f9 W! D$ H! e滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从; K! T2 h" b( c' |
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数4 |6 Y, ~8 B& W6 e
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度( f" E; X$ ^) o8 R3 S F
幅值。: w0 D z- v, r! k$ D
2．2测量过程+ L' P, _6 ~* y+ n4 l
AdCras数据采集及处理参数设置：采样频率2 j3 @# S0 }& x, B" q# F
1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为: d" N2 d# L" W/ z" i( [& s, @9 x1 [
(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。* ` D* i# K0 w" ~+ Z
Standard and test标准与检溺* ]6 g1 y* v: F6 i
SsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为5 T- i; ^" G( e
500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
$ T% Z# g: T' h; Y& h为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率! X& P _& a+ ^( n( [1 z+ G+ Y
上限，滤波频率设为1000Hz。3 T0 p- q. z1 e4 C
本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种
& E/ H& n5 e, g9 y' R* P( ~ x5 `( |不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的' K4 W# |6 K' i; L
测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号
. q) H) v3 T: L$ T+ o(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片
T9 j" y; H4 C- ?上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、
' N8 S. Z$ Y4 z* ^2 a图2。
% x. t' a, y; S' A9 |8 k图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图
6 C* ?$ f' ?) {4 p8 n+ h+ U) y图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图5 x0 ]1 }/ h) c
实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后8 Q4 n+ p& ^9 L& H r; F
要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器6 `# x+ e9 g' g) Z# ?6 w( G9 P
连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重
/ V: [- Y. D; X( E% H/ O1 H新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆4 l5 `3 \6 _6 W& J
锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数, r+ a4 m" f! C* _/ `, M5 h
据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶' M% T: E! J- Z$ c: R& g
的动刚度幅值。
4 J7 o$ l1 T/ X" ]7 m4 ~3 结果与分析: R# t0 a8 F+ ~+ W6 F3 ]$ s) u
木工机床2011 No．2( k+ f$ G$ I& X; S
3．1数据结果# ?" x) \* W+ ?; v+ i5 z+ \
图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图1 d/ s+ `+ {2 @6 x! ?4 v9 H; G' i
以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固
4 a: P1 W" { B- f$ D有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中4 S w% B+ L3 ^/ @5 @8 p, O
1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统
' n( h" l2 }! X" U8 ?中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表
; D0 J" {4 @, i+ ]示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。6 W3 }8 q0 ?- K: M3 M
7 W6 ~& h# t4 E, u4 }3 k" \1 k: G3．2数据计算及分析
* T) p7 B9 `; R/ P! T通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频 A1 U* D4 ~+ D0 w& _6 j" K6 A- c
谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动
. n, _9 S: J+ @. ]( Z0 ^0 o* L$ {刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中$ ~4 I7 y* B5 C& @ G. K
的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o
3 d9 D. L" N3 p: P" B- G. R; A根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶( x1 [+ z% w0 b z7 ^
固有频率对应的动刚度的值，见表1。2 G5 x$ S0 o( H3 u) z* k
表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表
9 P! A" p4 j, t! O2 O3 A' I固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值
8 q9 _9 W$ \5 T& W! J% Ff(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)" V- ?- v' L1 j6 L
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236
+ \, x( W) R2 ?' E8 R2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670* k( u& Z6 J5 z2 ?. ~2 x% d6 V ]
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370* T4 N8 t5 [: m& w' `
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
% g# o4 J: z$ Q8 ~! Y) G5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146
" K+ k7 A9 b$ W/ m7 ^# z9 N6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
; ?. c3 g2 \; }( b: V3 u( Q; J9 h7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
7 ~0 n- |2 y4 ?5 p! u' A8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o5191 b0 W& U+ l5 u9 n$ O5 V* D' u
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
; W3 r8 n! B5 s3 {# O& u1 {% C1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251+ J( G4 k3 p" p. }2 u
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
& x% ~4 O$ p* p0 H5 W4 结论与建议' E; L" e3 u% D' d3 t1 q% f
4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一# e5 e# `* A$ z, P- |+ z# F
条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，( N* }1 i- O4 o' @
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作
5 H" D) Q, [* q& r a" w, D7 i: E! h用下产生的变形就小。
2 o' e4 B# d" B8 p* g4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率0 Q* F: J' _9 \; z$ j
所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，2 ]3 c$ S$ K s
其动刚度值均呈依次减小的规律。' D0 s- w8 L* w. v; L
4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其
: q B* y1 S' o+ D# t2 S固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其" G1 F& o2 e8 \0 o" p2 p
动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的8 T8 }1 g3 c, }0 }' N, _+ R
设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动
+ r7 _0 s8 {" v8 w3 d7 @- U刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，) J1 s8 p) w/ H/ G# C. t: W
如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动
( P! v$ _% j7 T频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
- q7 \) X1 p; W这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提, c0 ?% S4 b3 l
高其使用寿命和产品质量等。6 v t: F5 x2 I- L6 v3 T+ l
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击》，20Q9，28(2)：124～127
5 H% ^& m' S4 j" {第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装
' z# W6 U* O ^. @" Q# p. K, o# x备与过程自动化专业090421班学生* B- @& ^0 Y5 Y2 u
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师# V0 k% y$ C7 B- w+ k* p
博士 F+ ?8 j# v0 Z
(投稿日期：2011．6．9) |
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发表于 2014-1-15 10:37:22
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