木工带锯条动刚度的瞬态振动法测量计算.doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-木工带锯条动刚度的瞬态振动法测量计算Measureandcalculationfornamicstiffnessvaluesofwoodworkingbandsawbladebythetransientvibrationalmethod曹倚中张迪张泽瑜何玲杨东王正（南京林业大学木材工业学院，南京，210037）摘要：本文依据机械动力学理论，采用瞬态振动激励法，对MJ397型国产木工带锯机的带锯条结构系统进行动刚度性能检测与分析，以期为优化国产带锯条系统设计与检测的应用工作提供参考。关键词：木工带锯条；瞬态激励；固有频率；动刚度中图分类号：TS6431引言随着我国对木材需求的进一步增长，木材产量历年升高，而木工带锯机作为木材加工的头道工序已成为提高木材利用率和木材加工质量的关键。根据中国机床工具工业年鉴（2009）对国内24家规模以上锯床生产企业的统计，2008年我国带锯床产量为32,600台，比1990年的2000台基础上翻了近16倍，年复合增长率为16.80%，考虑到许多规模较小的企业未统计，实际年复合增长率要更大些。与此同时，双金属带锯条国内市场从1985年前完全依靠进口，到2010年本土品牌双金属带锯条销量已经达到国内市场总销量的55%左右。在木工带锯机产量日益增长、作用日显重要的今天，对于带锯机的研究是十分必要的。而在带锯机的研究中，关于带锯条振动特性的研究是很重要的一个组成部分。木工带锯条的受力极其复杂,锯解作业时会发生共振和晃动（抖振）,这将影响锯解质量,故对带锯条的振动特性研究尤为重要。近40年来,国外带锯的理论研究成果显著。从20世纪80年代开始，Mote教授开始研究宽带锯条的振动,转动锯条振动的识别与控制技术,锯条转动和张紧的弹性系统振动控制,带锯导向机构设计理论的研究。动刚度是描述机械结构减振性能的关键指标，表示其线性定常机械系统中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单位振幅所需要的动态力。对带锯条结构系统进行动刚度的动力学刚性特性研究鲜见，在国内外同行在文献中尚未发现测量木工带锯条动刚度的类似方法。本研究用接触式的加速度传感器法及非接触式的声级计声学法，对MJ397型国产木工带锯机上的带锯条结构系统的动刚度参数进行了测试分析，对提升带锯条系统在特定的动态激扰下抵抗变形的设计能力与测试技术水平，促进我国带锯机的动力学优化设计与应用水平，节约木材资源有实用价值与现实意义。基金项目：2012年江苏省高等学校大学生实践创新训练计划（国家级）项目（2012JSSPITP0711）第一作者介绍：曹倚中，男，南京林业大学木材工业学院木材科学与工程专业本科生。张迪张泽瑜何玲通讯地址同第一作者。通讯作者：杨东，博士，讲师。主要研究方向：林业科学。收稿日期：2试验设备与仪器-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-2.1试验设备本试验设备为山西工友集团产的MJ397型木工带锯机，主要技术参数见表1。其带锯轮张紧力为3543.79N。表1MJ397型木工带锯机的主要技术参数表主电机功率(kW)送料电机功率(kW)锯轮直径D(mm)锯轮出厂转速n(r/min)锯轮实测转速n(r/min)7.50.45/0.75700900970木工带锯条为直背齿形,材料为65Mn。其有效宽度(不含齿高)b=76.5mm，厚度s=1.05mm，总长度L=5400mm，齿距t=37mm，齿高h=13.7mm；锯齿的3个基本角度为:齿喉角=25°,齿尖角=45°,齿背角=20°。2.2南京安正CRAS振动及动态信号采集分析系统该系统由信号调理、信号采集、Sscras信号与系统分析软件及计算机组成。其信号调理部分包括抗混滤波器和信号放大器,抗混滤波器将安装在锯轮上的木工带锯条所产生的信号进行滤波,然后经信号放大器放大后的信号进入信号采集部分；信号采集部分有计算机接口、数字信号器处理DSP芯片、A/D转换器,采集到的模拟信号经计算机接口进入数字信号器处理DSP芯片进行数字信号处理,然后经A/D转换器转换成数字信号,通过信号处理分析部分中的CPU处理机的信号输入端进入CPU处理机并由CPU处理机及其系统控制软件实行处理分析。2.3CA-YD-185型压电式内置IC加速度计1只，其灵敏度为4.72mv/ms2。2.4橡胶力锤。3测试方法与过程3.1测试方法与原理动刚度是描述减振性能的关键指标，表示其线性定常机械系统中激励力相量与响应的加速度向量之比，反映其在特定的动态激扰下抵抗变形的能力，即引起单位振幅所需要的动态力。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需要的动态力。动刚度则是用结构的固有频率来衡量。由动刚度的定义可知，动刚度的单位应为N/m，其计算公式在经过三角复指数形式简化计算后为：2)2/(fAE。式中，E表示动刚度（N/m）；A表示动刚度幅值（m）；f表示频率（Hz）。其测试原理如下：根据动力学的随机激励理论,用橡胶锤激振带锯条系统,利用加速度计在激励激起带锯条的自由振动情况下,根据带锯条自由振动的加速度波形进行频谱分析,获得带锯条结构的固有频率和动刚度幅值。3.2测试过程加速度计在安装时应避免放在带锯条宽度的1/2或1/4处的节点位置，本文将加速度计安装在带锯条宽度的1/3处。在测试时，橡胶锤以适当的力度敲击带锯条锯身。测试中，带锯机处于不开机状态。其试验测试框图如图1所示。测试前，利用加速度计随小磁铁吸附至带锯条上。首先，连接各仪器设备,调用信号与系统分析软件,其参数设置的情况如下：分析频率为1000Hz,触发方式为负触发,电压范围带锯条-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-图1带锯条结构系统动刚度测试框图为±5000mV,工程单位为m/s/s,校正因子为47.2，放大倍数10，滤波频率1000Hz，数据采集次数为4，数据块长度为2048。正式测试前,进入示波方式,用橡胶力锤敲击带锯条,主要检查连接线是否接通及传感器前置解调后的锯条横向跳动的低频信号。其次，在示波无误后，进入数据采集方式。连续敲击锯条并接收机械信号数据，再根据其频谱图读出前5阶的固有频率值，同时记录实测数据。重复三次以避免偶然误差。图2在锯身上安装加速度传感器图3带锯条系统动刚度性能测试现场3结果与分析采用加速度激励法测量MJ397型高速木工带锯机带锯条结构系统固有频率数据表1所示。其频谱图见图4。3结果与分析采用声波激励法测量MJ397型木工带锯机带锯条结构系统频谱，如图2所示。由图4读出前5阶固有频率及相应的动刚度幅值。其系统的基频f1=73.75Hz、f2=160.00Hz、f3=208.75Hz、f4=231.50Hz、f5=265.00Hz。其动刚度幅值A1=106.93N/m·s-2、A2=104.50N/m·s-2、A3=105.14N/m·s-2、A4=107.15N/m·s-2、A5=104.14N/m·s-2。AZ-802信号调理器AZ-308数据采集箱计算机加速度计-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-图4加速度激励法所测的带锯条固有频率频谱图本带锯条系统的动刚度有效值)(nrmsE计算如下：mNfAErms/000498.0)75.7314.32(93.106)2(2211)1(mNfAErms/000103.0)00.16014.32(50.104)2(2222)2(mNfAErms/000061.0)75.20814.32(14.105)2(2233)3(mNfAErms/000051.0)50.23114.32(15.107)2(2244)4(mNfAErms/000038.0)00.26514.32(14.104)2(2255)5(4结论本文采用瞬态激励法测得的带锯条系统的前五阶固有频率、动刚度幅值，以及算得的动刚度值表明，其基频下的动刚度性能最大，即在73.75Hz半功率带区域内的带锯条系统的刚性最好，此时锯条变形量小。上述研究对延长带锯条使用寿命，提高锯解质量，优化国产带锯条系统设计与检测的应用工作提供参考。