带锯条有锯卡系统频率参数的测量与分析

带锯条有锯卡系统频率参数的测量与分析

最先进的台式木质带锯机在锯条的切割面（狭窄面）和木材接触面的上下安装导向锯卡。装在机座上的下锯卡为固定夹板型，而滚轮型上锯卡则随锯解木材径级、高度不同，可上下移动调整，保持适当位置，以减小切削边锯解中受冲击时发生的摆动。为进一步拓展带锯条振动的理论研究，本文采用频谱分析法，在带锯机静态和负载下，对带锯条有锯卡系统中的切削边和非切削边频率进行测量分析，以期提供试验支持。1鉴定带锯机的间距本文用电涡流位移传感器（非接触有源传感器），测量有锯卡时带锯条系统的固有频率和工作频率。传感器安装时端头与锯条锯身平面的间距约1mm，这样在其间距空间就形成了一个磁场。当带锯机运行或静态激励使锯条振动时，由于锯条与探头间产生了相对位移，其磁场也就发生了变化。电涡流位移传感器的试验原理是，通过采集由传感器前置器解调后的锯条晃动（抖振）的低频信号，经滤波、放大、数据采集和频谱分析过程，在频谱中得出带锯条结构固有频率值。2测试安装2.1带锯机的刚度试验所用MJ397型木工带锯机的主要技术参数见表1。锯条为直背齿形,材料为65Mn，锯身宽度（不含齿高）B=76.5mm，锯身厚度s=1.0mm，锯身长度L=5400mm，上、下锯轮轴线间的最大距离（紧、松边）l=(5400-3.14×700)÷2=1600mm=1.6m，密度ρ=7800kg/m3，横截面面积A=0.1×7.65×10-2=7.65×10-3m2。带锯轮转速为970r/min，故其工作频率为16.2Hz(1倍频）、32.42Hz(2倍频）等。图1为MJ397型木工带锯机的滚轮型上锯卡，滚轮与锯条间留有间隙。当机床运行、锯条晃动时（抖振）与滚轮接触，带动滚轮绕其自身轴线转动，产生导向作用。2.2涡流位移传感器(1)南京安正CRAS振动及动态信号采集分析系统，由信号调理、信号采集和Sscras信号与系统分析软件组成；(2)CWY-DO-501电涡流位移传感器2只，由探头、延伸电缆和变换器（前置器）组成。特点是非接触式测量、频响宽、灵敏度与分辨率高、线性测量范围宽和抗干扰能力强等，其灵敏度为8mv/μm;(3)橡胶力锤1把；(4)试材：杉木,Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook,规格为:600mm（长度）×200mm（宽度）×60mm（厚度），含水率26.2%，气干密度0.358(g/cm3)。3固有频率和工作频率根据结构动力学的随机激励理论，采用非接触式的电涡流传感器位移法，用橡胶锤激振静态有锯卡时的带锯条，测量静态情况下的锯条固有频率和系统工作频率；在有负载时（锯切时）测量动态情况下锯条紧、松边的固有频率和系统工作频率。测试框图见图2。图2中，a表示上锯卡到工作台的距离（取256mm,398mm）、上锯轮中心到工作台面的距离为h=892mm。因本锯机下锯卡与锯条两侧的间隙均大于3mm，故本文未考虑下锯卡的影响。4静态和负载下锚点检测频率的确定本试验环境温度19℃、环境湿度21%，无外界强磁场干扰和无腐蚀气体侵蚀，电源电压交流220V，频率为50Hz，对每种测试状态均进行3次测量。试验前，将带锯条安装在带锯机上，带锯轮实际张紧力T为3485N，测试现场见图3。用电涡流位移法测量静态和负载下锯条切削边、非切削边的频率时，按图2连接仪器的通道。参数设置：分析频率和低通滤波频率为50HZ；数据块取4;FFT块长度为2048；电压范围为±10V，工程单位为mV；校正因子设8，选取Hanning窗计权函数，并采用线性平均方式等。5测测板及测点布置上述测量时，其试验文件含义见表2，频谱图如图4～7所示。试验表明，在静态情况下锯条紧边一侧有上锯卡时，其紧边固有频率（27.54Hz）高于松边固有频率（22.56Hz）。这说明处于紧边上的锯卡对锯条系统起到一定的约束作用，相当于弦的长度减少，固有频率提高，符合将带锯条的振动简化为弦振动理论的力学模型，即基频，见图4(文件名:jt-jb-1-3)、图5（文件名:jt-sb-1-1）。同时，锯卡的位置和锯卡的存在，并不影响锯条在开机锯解时某些频率，如工作频率16.21Hz和32.42Hz，见图6（文件名:dt-jq-sb-1-1）、图7（文件名:dt-jq-sb-2-1）。图4中的固有频率27.54Hz、图5中的22.56Hz不会与图6、图7中的16.21Hz、32.42Hz等1倍工作频率、2倍工作频率等产生耦合而发生共振现象。从图6、图7中可以看出，16.21Hz、32.42Hz处有较稳定的高峰，特别是2倍工作频率32.42Hz分量大大超过1倍工作频率16.21Hz分量。另外其时域波形稳定，每转出现2个峰，无大的加速度冲击现象，故判断上、下锯轮轴线不平行或轴承安装倾斜或偏心，整个带锯机系统有不对中故障存在，其原因可能是装配不当或调整不够精细。由于受锯卡位置点的约束而改变其弦长l等缘故，上锯卡到工作台的距离a=398mm时的松边基频（19.14Hz）高于a=256mm时的松边基频（19.04Hz），体现出上锯卡与上锯轮轴线距离越近，带锯条系统固有频率就越高的特征。6带锯机的简化模型(1）安装锯卡后，静态情况下带锯条紧边固有频率高于松边频率，说明锯卡对带锯条系统起到一定的约束作用，提高了锯条紧边的刚性，直观上，锯卡对带锯条的振动起到限制作用，符合带锯条振动简化为弦振动理论的力学计算模型，即基频,其中张紧力T视带锯机静止或运动时的不同受力情况而不同。(2）上锯卡与上锯轮轴线距离越近，带锯条系统的固有频率就越高，亦符合弦振动理论的力学计算模型。(3）锯卡的位置和锯卡的存在，不影响锯条在开机锯切时工作频率。(4）测试中的系统工作频率与电机