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本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑
. t" I4 J; Z+ u% I4 u# ^0 _0 W9 {5 @5 w, l; W# S
同行相互学习！
; d1 |* ]( T' o9 M% J1 C2 l% v
7 M9 \) }( I, |% F( L# W. N3 E对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析0 k \4 @/ X1 d' \# M
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic0 \$ R) O) L5 H0 |9 h, d
parameters of dynamic stifness$ c, Q4 C' ]# s! h) V1 p2 }
郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’
) d( J9 D' \: w" ?9 p0 s(南京林业大学木材工业学院南京210037)6 W$ k% b; d0 R* j; q; z I' {, k6 k
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 v- I" _3 H* a; X& I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' T2 Q5 \; ^' t% n3 Q, |3 G3 i
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* |6 K) ?; W G" Z s( c5 R, G
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, W: q- L7 Z8 L, N
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。6 E8 O' T+ S( C/ M# B
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析 K% g" ^4 J5 P9 \5 Q1 {3 j! H' j
中图分类号：TS643 l- g& q1 C5 K6 S3 E+ T4 M9 g/ g
在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，7 D' T0 q$ t# C3 {
普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污
7 y7 F$ h% {1 P染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增
' W# R; G9 X6 P2 Z$ M大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起
( S3 E3 W# W- E1 i4 I% q安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳
: k6 _( z. l- w/ R) o. t! [定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有! d `8 E% c& o0 U
必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特
4 T1 e' P4 U8 p- Z性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参
+ f# b4 U8 d5 [8 z数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
/ w8 {9 O7 [# ~4 i/ m% C中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其3 L( r! i# x* a
在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单
. S! L1 V! _5 J5 q4 A9 c! b位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越$ B# U0 S. }* R0 M9 s. A
大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，
9 C5 q" ~# h# Z% h, e6 z对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。
0 X) l: A+ b# N# ~9 d% h7 a国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应* D! w S+ C9 Q; l
用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结0 @- p% Q3 Q3 |
构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力2 K) J' S- K2 r( w6 q$ O8 ^/ d
学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号
! C; r/ C5 N0 T! g# Y: Z数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆2 I: K& L' b; ~& i" k9 j j' B& F
锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关
$ n5 K7 u6 P$ o! A# b S分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，+ p+ T8 O4 E( |5 d
以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工4 ?2 ]- M v' a' G# ^) z
圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆
6 `4 l6 O6 T# r! q% V9 e6 D- b# J锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借+ {! d# E+ _. _- A; t2 |" k
鉴。! D8 l) J6 F8 F z$ {
1 材料和仪器设备3 ]3 Y9 L4 C( g6 q1 `/ N: [# p( }; _7 Q
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使
- V) M! x& d1 P$ y, E用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽
' F4 i# X7 N3 n* E: |3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高9 M; U) u7 @& Q% D
转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程
( f* b5 x9 E( } s1 M% q( s! p有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l
) D( F0 B/ h" m5 [2 L Z套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件/ |( y; K: W, Z4 Y1 M* i
及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限 q* K" C# L( _1 u. Y9 O
公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括! S3 Y. W& y$ J& u+ l
CL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，) T- i$ f" F* a9 m+ f
选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器! e. K2 d$ a* u% @" Q5 L/ y) D
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。& G% `0 f8 `5 e
2 测试原理与过程6 i) z" F; }( U$ j$ U
2．1测试原理
( M' s- n* Y! ^0 f! q9 F动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与
* G% R( I P0 x% x$ U响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学
3 b! D7 v, K( ~的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换
0 K9 Z2 Z0 U6 ~' j S与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通7 c6 p/ v8 p8 A3 f3 V
过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集2 L$ L) A+ K+ M' r$ t: [
箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传
; g3 v7 l3 A. g' U; K% ~; P感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产) o- D. Y$ F/ \4 N5 a
生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受/ C4 R. q" v5 {
力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、
" }7 T" t+ | k' I6 j! l+ M滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从5 J: f% R( X1 r9 c; r
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数9 p- i8 h6 ^( ]: B/ e/ B
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度0 [$ T6 r) |6 E$ p- j$ F
幅值。& H/ a/ `5 K! b' O" U$ ~5 ^0 H! v; H. B
2．2测量过程
& O0 D$ t" E) ` Z8 g# Q: R8 PAdCras数据采集及处理参数设置：采样频率" q3 ^4 X0 t* ?. s1 s
1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为
7 v8 G7 P K& C4 a6 l& i3 Q" ?(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。
) l; p9 z2 I0 E7 Y& Y. {3 vStandard and test标准与检溺
; W5 T7 F- V7 ZSsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为
" p1 W1 L8 F7 y# o500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
# E0 u0 q U' D' Y为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率/ c# G. ]0 I. W% F9 L% K
上限，滤波频率设为1000Hz。3 G* q# W: {& x% E2 b! T
本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种% y/ v" c( T; i
不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的$ T: w+ ~- v5 x
测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号0 |* g" R6 r- |8 O
(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片
4 O, I n2 |4 a4 x. s7 R上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、$ r, q( d; [: M1 T! s
图2。# v% C6 o+ u. A8 _5 n9 U
图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图& n2 c6 p" {- F' M
图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图% t6 ?/ W `( E7 N. O% V: e" C
实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后5 {) S& t. j& Q! R1 r" ]5 ~
要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器- X: d e6 i* c/ _
连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重0 w+ Y0 {0 w9 D6 N
新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆2 k- J8 }& @ }3 Y
锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数3 D- ^+ N& B' ?* G- X9 v2 z# t8 K
据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶
/ @! O5 s) F( c @( L; v( k' i- w的动刚度幅值。
) K& C9 U6 e1 t3 结果与分析# v) ` R0 r! s5 s8 h
木工机床2011 No．2) j. H9 y; C- f9 y; E
3．1数据结果
7 ^, S5 U. G$ I& @+ B" {0 u' H图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图/ B% J) P/ A& _' b5 C5 l
以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固" p+ B1 R) |0 @# C, {
有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中* {% ~; c3 f, _
1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统
( a7 Q% f1 t: q* [中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表; Y8 K2 p# m3 [
示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。
, T; m6 O2 }0 E
# m/ q+ M, |% n/ k3．2数据计算及分析
7 D$ P# @& u4 O# X; p通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频2 ^+ @: T3 Z9 C: z" Y
谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动
+ L G" T( ^4 J6 I. u! o1 V刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中
& Q% Q1 k0 _; |( d* ^4 |的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o
1 O) @& b9 Z9 s" m# v根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶
2 x6 O5 {9 U* T; \& e, `& R4 o. z固有频率对应的动刚度的值，见表1。
) w% y6 b. T% A# g. g# w( e表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表8 Z' R* I4 i7 k ^' o. y
固有频率 幅阶次 值 动刚度值 阶次 固有频率 幅值 动刚度值& N/ ?6 G# `) j6 K3 N! ?) g
f(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)9 m1 A0 X+ F2 E9 w3 h
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236$ d! r5 d9 M* a- E7 Z2 _
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
) i. t% M9 x' p5 @3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370
' Z5 Z9 j$ v% `& [+ E; f/ n4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
- O& c$ D3 i$ {; }0 |5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．001467 Q' ?" ?6 f* ?7 m) w- z5 ]
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
1 U! u( G3 ]0 j8 J- g7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
4 V$ B0 l6 I+ R6 A. R' D4 F/ X8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o5199 f0 D8 b$ l: u2 M) O+ O
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314 f) B3 O$ D: V' K2 o% Y A" N
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251& o/ h0 n7 e7 w/ T: `2 g
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( v0 @+ Q! x/ w% p* J- M' u: a3 e
4 结论与建议
# q v" X( \2 @/ k; e" @4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一
2 P+ ~. ?+ [0 p" d' u条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，- L2 G! ^; R* s+ l9 d; `( c& i
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作
9 n. ^0 V) O5 }, @+ K/ U5 e4 f用下产生的变形就小。4 l. x0 ~9 U9 }: M
4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率
" ~+ \" K! o2 X) ? {所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，# T) q5 B A2 v, ?; F, b' C( \0 w
其动刚度值均呈依次减小的规律。
& q7 z; k: Q# R4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其
% h5 }4 b3 N& Q1 G) U固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其
) b" H! w/ m! S动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的
; c$ f# F( w9 l6 J" B- ?设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动
% K+ `0 z% v/ t1 W, C# v+ V" e刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，* z0 g. S/ E; o; U/ R
如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动
9 F7 M. j" | Y6 u3 Y频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
! Q" A/ o- j7 j: i这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提
9 e" H$ T! B) J9 G) _2 f9 v/ O3 K高其使用寿命和产品质量等。1 i. V, X- ^, w0 ^; Q' @, R- O9 R7 Y
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第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装
. F5 Y U* L7 I2 n9 ?备与过程自动化专业090421班学生% K- t" l/ W+ \- } b0 E# m: _4 f
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师; T, V1 C5 ^( n0 @
博士5 E7 B0 x6 l! R9 I- T5 u8 }
(投稿日期：2011．6．9) |
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发表于 2014-1-15 10:37:22