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本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 编辑 # P' v4 L4 `6 k, Q
g( K1 O3 x1 v4 n# q3 M
同行相互学习！
8 w& a- T6 M' y# B' E) j ^ . Q; U) A) r6 x7 m- y0 }; P, z
对木工圆锯片系统动刚度特性参数的试验分析; s+ w7 K. ]5 `( k
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
: g1 N5 }9 x# f* w6 F' tparameters of dynamic stifness' ]. r3 |; Q# d& z- c, `$ Z6 d! |
郝敬冬王正 韩江梁金辉 ’# q* v/ g- b4 z3 w6 D4 X8 W
(南京林业大学木材工业学院南京210037)! Z" t3 d: O+ J; e
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 K5 K; [# u* Q0 P F; }
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
& L3 j$ M9 ]8 ]6 D @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
0 u6 l' D" e' l3 t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 {7 G; F, _" L
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。( x2 _3 W, S+ ^5 o3 c, h& O+ m1 j3 r
关键词：木工圆锯片；频响函数；动刚度；试验；分析 A$ }0 N8 c2 l& O
中图分类号：TS643
% Z$ K K$ z; |$ ?+ `% k在木工机械行业，木工圆锯片在锯切过程中，1 k& W, @7 I9 Y. X* V/ b z
普遍存在机械振动问题。振动不仅会产生噪声污, Z) ~5 O6 W0 _- h
染、缩短圆锯片的使用寿命、降低锯切质量、增
: N9 a) \, |- |% B5 j大锯路，还会加剧圆锯片的变形失效，甚至引起
7 ^- x {. ^) T1 a4 y( A& h2 }; G安全事故。在实际使用过程中，圆锯片的动态稳
) [, t( M: K S" @$ E定性问题是一个不容忽视的普遍存在的问题，有1 z) {6 B0 v3 |+ i
必要对其振动特性进行研究。机械系统的振动特3 o. d I/ K7 g' _
性，主要决定于系统本身的惯性、弹性和阻尼参
6 ^- u" A2 e+ q, P5 a数。圆锯片系统的动刚度为其线性定常机械系统
3 P" Z' [% F( N* B3 ?中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其
+ X/ A6 b7 v8 J+ E/ h! h在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单
! a! Z! g, U* u位振幅所需要的动态力。圆锯片系统的动刚度越8 M% u/ R5 x r) k
大，其抗变形能力就越大。因此，实际工作中，3 K6 k% i7 L$ s) N9 _! F# r/ `
对木工圆锯片的动刚度研究工作显得尤为重要。
- x5 y$ @! _. D; N% U# p* R# ]3 ]国内外同行对圆锯片的动刚度特性的基础应
# X5 J! y6 k# v1 I. x' C用研究成果较多，但主要集中在改变诸如锯身结
/ u* G+ ?; ^$ e4 z6 H" {; y4 n7 g- B构，如减振槽、卸荷槽等方面，本课题以结构力
# e) b: a0 ?) T1 s! m( c学和机械振动机理为基础，利用先进的振动信号/ H4 S1 k' u( Y/ o- R
数据采集与分析测量系统，对木工圆锯片及其圆
3 M; k0 ^' X% _: ^( r# e9 O锯片系统的动刚度(或动柔度)进行测量及相关/ W7 d5 q7 H; s9 O
分析，并通过其模型计算，验证它们的相关性等，
: e- V2 I4 \' x. v' a以期通过理论计算与试验验证分析，达到对木工$ L v" D, b$ y* {
圆锯片的事先优化设计目的，同时对提高木工圆: f/ v/ Z* E" M4 R' h" V
锯机及圆锯片的综合动态特性检测水平提供借$ W4 Q+ v9 Q- o4 h0 ^- h" S: x
鉴。
9 a# d0 N1 I$ ^" E/ g1 材料和仪器设备& v3 d* w. D% A3 i8 g0 U
本文试验设备为500mm万能木工圆锯机，使1 U8 M { Q, C% Y# Z ~$ B
用的木工圆锯片主要参数：外径300mm、齿宽/ @# \( g2 k# _7 j% U* o
3．2mm、齿厚2．2ram、内径30mm、齿数96、最高( X( T7 m3 h2 B+ }5 l/ z
转速6800r／min；其测量仪器为南京安正软件工程
, j7 A' J9 T0 e# ~& s有限公司产的振动及动态信号采集分析系统l
* ?% N2 j. ?( y' c- @( s, \套，包括调理箱、采集箱、信号与数据分析软件
, H7 t! \; e8 i: ?; e0 W及计算机，并主要配置：江苏联能电子技术有限 P8 M! i- T& X* p- m& Q
公司产的LC1301力锤l把，量程500N，包括, }/ e/ d+ N: f: B& ~
CL—YD一303型力传感器1把，灵敏度3．89pc／N，% K$ d! a9 ~% p. l- ^( `: E, U6 K& U/ a
选用橡胶头；CA—YD一185型压电式加速度传感器7 T" J5 z+ p3 q, a0 L/ ^% N! l
1只，电荷灵敏度4．89pc／N，质量4g。
9 P) G+ c6 x4 a/ H2 测试原理与过程* |1 Z8 ] I" R6 T* \' h
2．1测试原理
6 `" s- @3 m7 E% }1 Q. T6 o动刚度为线性定常机械系统中激励力向量与
& {8 B) _0 p$ n9 I3 i# @+ a2 O# j响应的加速度向量之比。本试验采用机械动力学 o7 f6 {% ]3 p
的瞬态激励法，其频响函数为输出的傅里叶变换, h2 Q. y( _5 }' K$ a- f' ?
与输入的傅里叶变换之比。主要测量原理是：通2 M& g: q" a* a1 V" t1 M
过实现圆锯片测试系统的动态信号调理箱和采集
- G8 E% n$ t. r, N7 f. f0 G8 l箱上的双通道(CHI为力通道，CH2为加速度传( E4 d/ D6 ^) M+ y& X( g t1 |
感器通道)的测量连接，再敲击圆锯片，使其产
" _0 W9 H9 W1 o8 C1 I1 \生横向自由振动，通过加速度传感器接受机械受" `6 S `7 ]1 v7 N# W% U; E) l
力信号并将其变为电信号，再经信号调理仪放大、
, s! P# Z# f. u. @滤波后，对其进行信号的A／D 集及谱分析，从/ S! l# v. c& T7 K
1／H 频谱中可得出圆锯片系统的阶次频响函数+ S& O0 W0 ?- m
谱、一条随频率变化的动刚度曲线和阶次动刚度
6 _) x- i0 y/ d/ _* X1 n( G- p+ w幅值。
+ b, d7 s. b- a; W1 n+ s4 x* y2．2测量过程
% O# h# G3 M* M& Z# DAdCras数据采集及处理参数设置：采样频率- V. c( q" \; g! J! J& ~' q. z
1000Hz；CH1单位设为(N)、CH2单位设为
$ N# j6 ]$ ]) b& @) j(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。3 Q% Q @" `4 O" ?5 C+ D% |5 |0 Z
Standard and test标准与检溺
. @" x, \3 B4 N2 e9 \8 I$ oSsCras信号与系统分析参数设置：分析频率为
6 e% }3 c) R, ?' U8 q500Hz，频响函数类型为1／Ht，频谱类型为线性谱；
. u! P# p# ~5 Q4 X' X为防止频率混迭，本试验选择低通滤波器的频率
' W2 K7 [. i9 G3 F: v H2 F上限，滤波频率设为1000Hz。
. o2 P+ p1 c3 b4 b本试验对在自由悬挂和安装在圆锯机上两种
, }: U+ {/ [4 G; c不同状态下的圆锯片系统进行动刚度特性参数的& r) `1 c7 z6 f: |% W, n' Y' E) o# v
测量。试验中，力锤上安装橡胶头产生激励信号
9 |- T! K2 w/ `4 S(CH1)；将1只加速度传感器牢固安装在圆锯片6 x/ g: y9 ]7 ^, g) i
上，接受响应信号(CH2)。其试验框图见图1、+ Q3 D1 t) _# ]. a; u
图2。
X( h% j+ [0 Z1 b: r6 y图l 圆锯片系统自由式悬挂状态动刚度试验框图
! D; J' A6 D- M2 N# I% M. m3 `图2 安装在圆锯机系统上测量圆锯片动刚度框图; Q' k4 c' O% m" |3 a0 }- v
实测前，进入示波方式，每敲击圆锯片一次后
' o. ^6 j" J; j2 @# j2 J) {: e要等待锯片稳定后再进行第二次敲击，检查仪器
2 t/ w8 V* o/ u) ?6 I* X连接线是否接通，波形是否合理等，不合理时将重6 n4 B) b0 Z9 U) S0 D. |
新设置之；正式测量时，用带塑料头的力锤敲击圆
# O) {4 j F( E锯片，激起圆锯片系统振动，以触发方式采集数
% Q9 E, M- O# G- b' t$ }0 C1 D据，进行动态信号频谱分析，由此得到系统各阶
, y# g. x7 r( h/ J8 O的动刚度幅值。
2 `9 @0 W D: n! D4 R3 结果与分析
6 f: N2 i+ _7 g2 X木工机床2011 No．27 s! F1 S* N2 u1 P0 b$ t# A
3．1数据结果
. i' M* ]7 F" D r% `( z5 Q$ D1 O图3为悬挂系统中圆锯片的固有频率频谱图
" O6 V7 X9 r! q4 Q# o7 c5 U以及测量数据；图4为固定在圆锯机系统中的固! [9 I4 r$ d- P- s( C; j
有频率频谱图以及测量数据；图4为悬挂系统中
& g$ A# n8 k. B1 M* S1／H 频谱及测量数据；图6为固定在圆锯机系统. ^7 @( Q2 E; _% E, ^, U O9 t, W
中1／H 频谱及测量数据；1／H 频谱中的横坐标表
8 D5 \! T$ ?6 |( B3 E8 F# J示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU)。6 J: u0 o- c9 f: L7 H0 u @5 v
. x6 P6 E, R1 W, f3．2数据计算及分析
9 k' M8 ]& V+ L/ h I通过分析圆锯片在两种不同状态下的1／H 频( e5 U3 P+ k* i# c$ X$ ]" V% [
谱及测量数据(图5和图6)我们可以得出，动
6 m) L+ c1 ?+ T$ a' @( u! s刚度频谱是一条随频率变化的曲线。1／H。频谱中
/ Q1 Z/ {4 n! ~% X" t% a! H/ A& Y( d9 i的横坐标表示频率(Hz)，纵坐标表示振幅(EU o
3 V; k- O6 J0 f根据动刚度计算公式 ： 计算出前十阶
6 r5 j8 d: G) i2 e- I4 k" G固有频率对应的动刚度的值，见表1。
4 B U2 \1 \1 N* C5 e, T# |' {表1圆锯片系统两种状态下的各阶动刚度值计算表
2 P% p% L/ P# b0 n5 A6 j- 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
4 Z) |0 L2 D" a( H& Af(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
! F7 ]& t- h4 {9 [& t1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O2366 g2 y2 ]6 s. V- P
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670) P' t Z8 y" S7 g% l
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．003701 S3 Z0 L* j* \5 W: q
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
, x" C- }4 ] G- V$ C5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．001462 c) `! ?5 r3 W8 V' N2 I
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137( a3 ]* w% t" q. o# L
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
: h; k( s/ g4 ^- ?+ J1 T2 w) {3 |8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519
- `5 m- R4 D8 j1 @ J9 n, e9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314" E ` u5 N$ C" |/ Q* N
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
- o7 s! T( {) m" | t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
& L. d( t, g6 e) K0 y4 结论与建议
8 f0 N3 d1 \5 b% W% X; _& F) M3 k% j4．1根据动刚度1／H1频谱得知，动刚度频谱是一
' n3 {0 J% w& a0 l条随频率变化的曲线。某一结构系统的动刚度大，) m7 I/ {* R1 |; D" j
代表其振动响应小，即意味着该系统在单位力作
; r9 V! c8 i t; E- |8 }6 m" v用下产生的变形就小。* F9 y8 d# S; N- D9 n5 L9 B
4．2 表1表明，两种状态系统的第一阶固有频率 K9 ]) W1 x3 x7 }% c+ s% p; a5 C( P
所对应的动刚度值最大。其固有频率的阶数越大，
) w5 ^) R; I2 t1 M r) i" v其动刚度值均呈依次减小的规律。+ @! q4 Q' H) e' V$ l
4．3 图3、图4频谱中，当系统的激励频率与其& w* A" j" r# }. R1 |1 [7 k
固有频率发生耦合时，易发生共振现象，此时其" Z) T e' @& m+ C5 v
动刚度值为最小，易产生变形。在木工圆锯片的: g9 u& d( x" [% a' \- D
设计及生产中，建议注重圆锯片的固有频率和动
]9 p2 { Z9 ? y刚度动态参数特性问题，提高圆锯片动刚度的值，
8 R9 @ B5 i: Q4 x0 [% H% G- p: X如在锯切的时候，应尽量调整圆锯机系统的振动" }5 r4 A- s) e$ e! |- O% R+ e! q
频率，使频率接近动刚度值较大时的固有频率，
% J9 E7 S0 u: C) d! x M0 ~/ H3 o这样可以减少因圆锯片的振动而带来的损害，提
" W# W9 z6 x' E9 ~1 T. Z高其使用寿命和产品质量等。
7 M( J6 p# N" b Y6 |5 W; u参考文献
C, F: b5 v; H9 ?6 r[1] 1 易良榘．简易振动诊断现场实用技术[M】．北京：机械工
7 M! p8 w$ z2 }( T! a+ e业出版社，2003．4
1 Z% G' F( E! j7 D; k( C4 }f2]吴正毅．测试技术与测试信号处理【M 】．北京：清华& B, T3 O, E1 M. n
大学出版社，1991
" q J3 Z( f x* w+ {9 {2 N【3】王正．木工机床旋转机械故障机理与诊断技术[J】．福州：% o7 s- a6 P c/ T, H
《木工机床》，2010(4)：36～42* w' V' T K' Z, J) m1 o
[4】王正；何继龙；黄飞．木工圆锯片固有频率测试方法研究" m" i! q5 g1 ?, Q/ @
[J]．北京：《木材加工机械》，2006(3)：31～33( {9 I: Z( h% {4 z1 }, ?6 `
[5] 5 骆志高；李举；王祥；范彬彬；郭啸栋．基于试验模态分析 w3 |' V8 w. O( ~) w
的圆锯片降低振动研究fJ1．上海：《振动与冲
, i4 K5 R& K# M! O$ `击》，20Q9，28(2)：124～1277 [/ t5 g+ [3 e
第一作者：郝敬冬南京林业大学木材工业学院工业装/ X* s3 V, q% k; K$ Z" G$ V( Y
备与过程自动化专业090421班学生& D& l, ~: g! b/ E
通讯作者：王正南京林业大学木材工业学院高级工程师
$ F6 l( e/ L* K6 l博士; f/ z0 T7 E: A. R: K$ }! E' ?- a
(投稿日期：2011．6．9) |
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发表于 2014-1-15 10:37:22