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对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析

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1#
发表于 2014-1-15 10:37:22 | 只看该作者 回帖奖励 |正序浏览 |阅读模式
本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑
- ]) F  s6 i; _
; l. Q1 @6 h  m- q/ D0 z$ l8 O) e同行相互学习!8 I6 ]2 {* ~1 |1 [' l

, `) m+ v+ a' h$ N& [- H8 I对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析- b' u7 S! b% I6 Y1 q/ l
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic6 X, ?" C5 i. Q$ \
parameters of dynamic stifness0 p  l; v9 V& k% A, H
郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’
4 \- o4 _3 \6 I$ Z' d; n+ A(南京林业大学木材工业学院南京210037)
  V, o- ?# P2 a" ?6 ^% z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
2 E7 n7 a7 `3 m$ V- w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) O, \6 r  m7 k4 R$ H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
' d1 ]5 y1 O0 s) ?8 O5 I7 R7 v9 o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4 t0 n) u2 b( T9 H+ g3 P3 P8 g
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。* I" T6 h' v: ^. g
关键词:木工圆锯片;频响函数;动刚度;试验;分析
0 |6 V3 c; A$ T, F* w中图分类号:TS643
9 }( B4 }( d7 _5 E2 [% }在木工机械行业,木工圆锯片在锯切过程中,. ^( H( n+ x: r0 T
普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污
+ P# \/ q, U" R* ^2 J: S染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增
3 K" ^+ k5 Y& p/ `- E大锯路,还会加剧圆锯片的变形失效,甚至引起
0 ?  T) _0 d% B, S8 w安全事故。在实际使用过程中,圆锯片的动态稳2 g6 {7 ]" w2 x7 \7 M) @5 @
定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题,有  @$ i6 g. p$ Z/ g5 Z6 M& E
必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特8 a# X& z% s9 K8 A5 O/ j
性,主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参' g/ {, S7 m$ t) [/ A) m% V
数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
" t- ]" \" X$ b3 j! ?) G0 ]中激励力相量与响应的加速度向量之比,反映其: l6 b1 i1 T& c2 g
在特定的动态激扰下抵抗变形的能力,即引起单* y6 ~; e7 i! k5 t: O
位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越) p& A5 Y/ ~0 _7 c; c5 p
大,其抗变形能力就越大。因此,实际工作中,
. F' `. @! O7 A对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。% }5 s2 Z/ E* V6 u7 R- z5 m
国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应
  A! I+ [+ K# \% r  u- J用研究成果较多,但主要集中在改变诸如锯身结" F+ q0 V! q/ h* p. m" s- X
构,如减振槽、卸荷槽等方面,本课题以结构力
' r5 j7 D; j4 w8 Z& H学和机械振动机理为基础,利用先进的振动信号! i; C; r8 n" A% f+ u6 [" `! y
数据采集与分析测量系统,对木工圆锯片及其圆2 [9 Z; V4 V: ]
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关4 B# G) O. a  b* M$ V
分析,并通过其模型计算,验证它们的相关性等,3 n3 ]- l! t4 W5 ?1 _
以期通过理论计算与试验验证分析,达到对木工
. e# m  a% X4 K6 Z3 g  `圆锯片的事先优化设计目的,同时对提高木工圆
$ J  k  @$ Y2 o1 _, E锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借
5 L0 F* X; K8 t1 o1 n1 {  v鉴。3 y" C9 R& v; P% S& p( }, r
1 材料和仪器设备+ u( Q! W6 _& L6 j
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机,使  Q5 }0 S# [4 y0 \# y, t; \
用的木工圆锯片主要参数:外径300mm、齿宽* g3 h+ V' y- |. D, [1 J6 u
3.2mm、齿厚2.2ram、内径30mm、齿数96、最高
7 R. L3 b2 T8 d" ?% d6 d$ B- x转速6800r/min;其测量仪器为南京安正软件工程
9 [8 Q6 Z1 x4 m/ K有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l7 Y& y# N0 C; i/ g- c5 {1 n  H6 B
套,包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件
" m8 F9 X, r2 S及计算机,并主要配置:江苏联能电子技术有限1 q. W7 |7 h3 Z) u7 j
公司产的LC1301力锤l把,量程500N,包括
: C9 ?0 C9 ^$ t, ]) e# @1 r. ^CL—YD一303型力传感器1把,灵敏度3.89pc/N,
5 Q+ a+ G. G  p8 s  i* w" A选用橡胶头;CA—YD一185型压电式加速度传感器
* G. O6 q  B7 c6 D  T) ]1只,电荷灵敏度4.89pc/N,质量4g。
) H; F! f# N0 p- A7 z+ c2 测试原理与过程+ J5 Q+ c( U: z* I' {: J
2.1测试原理
( g7 |* b% f& C# z, B+ L1 C9 j" G动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与
( X0 q7 q" ^1 ~/ `/ s& j响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学
# c, i7 p  b, ~: P% P4 |7 H的瞬态激励法,其频响函数为输出的傅里叶变换
% C! S  ]! Y3 H1 u% b与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是:通
* L  @7 V2 g- q+ _) s( [过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集
* m5 q! I( j6 [% q% \箱上的双通道(CHI为力通道,CH2为加速度传) O5 }& L% U6 _; i) ^
感器通道)的测量连接,再敲击圆锯片,使其产! R) w$ W7 q4 D- g+ l, C7 m
生横向自由振动,通过加速度传感器接受机械受1 m) q$ e- J/ V" E8 s+ L0 ]) ^) |
力信号并将其变为电信号,再经信号调理仪放大、
7 q, ^6 c6 v  J9 I8 u7 p滤波后,对其进行信号的A/D 集及谱分析,从
4 p* T8 |# o' r  s. R/ ?1/H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数  a9 I% {# j+ i) e( }* ]1 C& K4 c
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度
  z3 C) ?0 p4 r* Z幅值。6 J4 ~: c& P% g2 ^
2.2测量过程% c% w: q$ o) C7 x( I
AdCras数据采集及处理参数设置:采样频率
. X+ \: O5 d, S3 k- ~1000Hz;CH1单位设为(N)、CH2单位设为
: N. {4 X( }5 X( K3 U(mm/s ); CH1放大100倍CH2放大100倍。9 H$ k) g7 X& o
Standard and test标准与检溺
9 I% ]/ f9 g: ^* o$ i+ r/ H6 g8 }' MSsCras信号与系统分析参数设置:分析频率为6 q7 O3 a% [2 j3 s: N1 G6 e2 I% t7 L
500Hz,频响函数类型为1/Ht,频谱类型为线性谱;" J* b. a* y# c- ]2 y1 A1 t
为防止频率混迭,本试验选择低通滤波器的频率
3 N% E% o8 x) z0 R, r上限,滤波频率设为1000Hz。
( q$ U1 r- L  p0 t$ I本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种
% Q1 K; \5 X' W: `% L/ w2 n) x不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的  y- E& U9 \" g: }
测量。试验中,力锤上安装橡胶头产生激励信号5 e3 @; Z8 ^4 L; Z, x
(CH1);将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片
* f6 s9 p- Y" b: j9 i' U* }上,接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、7 u4 b4 n# P1 M. n& @; n4 ?
图2。
1 V6 e  i% U" g* z4 ]2 i- s# J图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图. Q3 v) f# ~. L3 d/ B, n& p
图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图6 k. o  D$ F& R/ j0 I" `) l0 T- ~& R
实测前,进入示波方式,每敲击圆锯片一次后
9 b4 X7 S2 C2 T- x6 t要等待锯片稳定后再进行第二次敲击,检查仪器
7 {, ~; ^9 q9 e  C2 z- l连接线是否接通,波形是否合理等,不合理时将重
- N5 ?; @5 q! Q: L- P% h. R% G新设置之;正式测量时,用带塑料头的力锤敲击圆5 t$ a  P: |5 z& K* [, J. b
锯片,激起圆锯片系统振动,以触发方式采集数$ @$ r# d" P1 Z: E% d) P
据,进行动态信号频谱分析,由此得到系统各阶( ^2 e, a0 A/ l8 D- X$ O
的动刚度幅值。
; P/ _, k5 ?  w' j  }" ~) X3 结果与分析
2 ~& E: z" `/ d, s木工机床2011 No.26 i, v/ p' f& B+ j' k( m/ }
3.1数据结果
0 X( u1 x4 W) `# o) ]图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图% V6 P: \/ ]3 Z& y7 ?0 D
以及测量数据;图4为固定在圆锯机系统中的固
$ d: f; h5 q4 q% o6 ?有频率频谱图以及测量数据;图4为悬挂系统中
* z9 ]- Z+ @, A# u# `9 d" s1/H 频谱及测量数据;图6为固定在圆锯机系统
) i; X6 [" y4 A8 ^! A0 \' r! K中1/H 频谱及测量数据;1/H 频谱中的横坐标表) F+ |  }3 c  S9 E
示频率(Hz),纵坐标表示振幅(EU)。3 J, a- D+ l5 L0 K$ P

6 c% y# ?" p# n: v3 R# Y4 C& [3.2数据计算及分析+ b5 O0 ~- d. C. a% C
通过分析圆锯片在两种不同状态下的1/H 频
* D8 h  Y$ V3 |谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出,动- N: P1 F, |8 v- j
刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1/H。频谱中' m! C- q. h3 h  N: Z' F9 R
的横坐标表示频率(Hz),纵坐标表示振幅(EU o9 o! v+ ^& S/ d0 D+ R
根据动刚度计算公式 : 计算出前十阶* H0 ~7 f: Y/ |; \. ~
固有频率对应的动刚度的值,见表1。6 x4 T) `5 d7 \: ~% F0 z; [# X
表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表* S( D0 y( p" d3 r, Z5 K9 j2 B
固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值
2 \4 _  z- M& @& z& Xf(HZ) A(dB) Enns(N/M) f(HZ) A(dB) Erms(N/M)
1 T. V4 D% o9 D1 3.42 36.83 0.0798 1 8.06 60.58 0.O236/ F! T- Z1 W) G3 M" w* D6 J
2 5.37 34.94 0.0307 2 12.45 41.26 0.00670
: |7 O+ h7 J- K9 A) g3 10.O1 27.23 0.00689 3 16.85 41.44 0.00370) M( S; ^  k2 }7 G2 A: n2 |
4 17.09 27.81 O.OD241 4 19.78 40.o7 0.OO26O
+ c  W9 ?7 D& G) I5 19.78 27.9 0.0o181 5 26.86 41.58 0.00146
* `) v3 O) b; N- T  ]( Y8 V6 30.03 29.71 0.000835 6 30.O3 48.76 0.oo1373 L4 m; S) c6 \& F2 D
7 31.49 31.46 0.O0o804 7 35.89 47.3 0.000931
" F( \. R5 b+ _; O# [8 36.13 30.1 0.O0o585 8 45.17 42.59 0.00o519
; }5 e/ \+ j0 s1 ^9 38.82 28.42 O.0O0478 9 60_3 44.98 0.000314
' g  r9 H) \' I9 x3 S; s8 ]1O 47.85 27.38 O.0o0218 10 64.2l 40.76 0.O0o251; p: ?* q6 a: \1 f0 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
, S) Q/ r; E* V' l9 w4 结论与建议# M' L4 Q) z8 u5 s* o
4.1根据动刚度1/H1频谱得知,动刚度频谱是一2 b: h) U/ b" i8 r5 e+ K
条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大,9 U0 w: s. \  |# v
代表其振动响应小,即意味着该系统在单位力作
0 X$ @- j8 D$ S6 O. C用下产生的变形就小。8 p4 G# D2 X/ Z  _
4.2 表1表明,两种状态系统的第一阶固有频率
0 s( K& A7 i$ T: P; G0 B4 b所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大,
! N) |7 f; K% d- R' x; P其动刚度值均呈依次减小的规律。
$ m4 c/ `& I: z4.3 图3、图4频谱中,当系统的激励频率与其
6 i+ k' m) k  L: t固有频率发生耦合时,易发生共振现象,此时其7 P% d# ^9 ^. H1 K, b7 [0 J
动刚度值为最小,易产生变形。在木工圆锯片的
" |# C! [! K: c设计及生产中,建议注重圆锯片的固有频率和动
) |* J8 `+ i  u4 \刚度动态参数特性问题,提高圆锯片动刚度的值,$ L4 O! h, A- d( [' s" I
如在锯切的时候,应尽量调整圆锯机系统的振动1 I/ v5 ?9 ~3 r& k& Y& B6 n2 Y
频率,使频率接近动刚度值较大时的固有频率,' ]+ \2 _) X6 z0 k
这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害,提
4 B: a* `) H3 E% C+ H高其使用寿命和产品质量等。6 l% c3 @5 M8 O$ _( k& C
参考文献
" @2 Y8 p% T- u: W( A) G[1] 1 易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M】.北京:机械工) D# _3 |( e" ~5 d
业出版社,2003.4
" I0 `. T  x7 ?4 X! cf2]吴正毅.测试技术与测试信号处理【M 】.北京:清华
/ L) y1 O4 a: v8 \9 g- B% a大学出版社,1991
9 @# W' A+ t( |* `  ]+ ?0 K【3】王正.木工机床旋转机械故障机理与诊断技术[J】.福州:& R% g( r* S! ]7 O) A- H3 Z% S1 q
《木工机床》,2010(4):36~42- @- n; h- V& R
[4】王正;何继龙;黄飞.木工圆锯片固有频率测试方法研究8 d7 |. D2 I' y! a7 }$ [
[J].北京:《木材加工机械》,2006(3):31~33
& I% M/ y, b" h, \* }[5] 5 骆志高;李举;王祥;范彬彬;郭啸栋.基于试验模态分析4 D6 P. i0 ^7 V* {2 [3 [0 k
的圆锯片降低振动研究fJ1.上海:《振动与冲6 [9 H; h/ p% G
击》,20Q9,28(2):124~127
. Y1 g) U1 g8 q* l5 L第一作者:郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装& [. @( b' N6 F( \
备与过程自动化专业090421班学生
& r. r: \3 }' c, ^+ l通讯作者:王正南京林业大学木材工业学院高级工程师
& N/ Q  x+ H/ U6 P; D博士
1 }4 U+ y+ b) X1 P(投稿日期:2011.6.9)
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