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標題: 對木工圓鋸片系統動剛度特性參數的試驗分析 [打印本頁]

作者: baihanfeng 時間: 2014-1-15 10:37
標題: 對木工圓鋸片系統動剛度特性參數的試驗分析
本帖最后由 baihanfeng 于 2014-1-15 10:37 編輯

同行相互學習！

對木工圓鋸片系統動剛度特性參數的試驗分析
For woodworking circular saw blade system test and analysis of characteristic
parameters of dynamic stifness
郝敬冬王正韓江梁金輝 ’
(南京林業大學木材工業學院南京210037)
摘要：基于滿足木工圓鋸片優化設計與應用，提高對木工圓鋸機及圓鋸片系統的動態特性檢測
水平等需要。本文依據結構動力學原理，采用隨機激勵振動測量法，分別對自由懸掛和安裝在圓鋸機
上兩種支撐方式的木工圓鋸片，進行其系統的動剛度特性參數進行測量。結論表明，圓鋸片系統動剛
度頻譜為一條隨頻率變化的曲線，且有多個峰值，每個峰值處動剛度值相對較大；某一系統的動剛度
大，代表其振動響應小，即意味著該系統在單位力作用下產生的變形就小。
關鍵詞：木工圓鋸片；頻響函數；動剛度；試驗；分析
中圖分類號：TS643
在木工機械行業，木工圓鋸片在鋸切過程中，
普遍存在機械振動問題。振動不僅會產生噪聲污
染、縮短圓鋸片的使用壽命、降低鋸切質量、增
大鋸路，還會加劇圓鋸片的變形失效，甚至引起
安全事故。在實際使用過程中，圓鋸片的動態穩
定性問題是一個不容忽視的普遍存在的問題，有
必要對其振動特性進行研究。機械系統的振動特
性，主要決定于系統本身的慣性、彈性和阻尼參
數。圓鋸片系統的動剛度為其線性定常機械系統
中激勵力相量與響應的加速度向量之比，反映其
在特定的動態激擾下抵抗變形的能力，即引起單
位振幅所需要的動態力。圓鋸片系統的動剛度越
大，其抗變形能力就越大。因此，實際工作中，
對木工圓鋸片的動剛度研究工作顯得尤為重要。
國內外同行對圓鋸片的動剛度特性的基礎應
用研究成果較多，但主要集中在改變諸如鋸身結
構，如減振槽、卸荷槽等方面，本課題以結構力
學和機械振動機理為基礎，利用先進的振動信號
數據采集與分析測量系統，對木工圓鋸片及其圓
鋸片系統的動剛度(或動柔度)進行測量及相關
分析，并通過其模型計算，驗證它們的相關性等，
以期通過理論計算與試驗驗證分析，達到對木工
圓鋸片的事先優化設計目的，同時對提高木工圓
鋸機及圓鋸片的綜合動態特性檢測水平提供借
鑒。
1 材料和儀器設備
本文試驗設備為500mm萬能木工圓鋸機，使
用的木工圓鋸片主要參數：外徑300mm、齒寬
3．2mm、齒厚2．2ram、內徑30mm、齒數96、最高
轉速6800r／min；其測量儀器為南京安正軟件工程
有限公司產的振動及動態信號采集分析系統l
套，包括調理箱、采集箱、信號與數據分析軟件
及計算機，并主要配置：江蘇聯能電子技術有限
公司產的LC1301力錘l把，量程500N，包括
CL—YD一303型力傳感器1把，靈敏度3．89pc／N，
選用橡膠頭；CA—YD一185型壓電式加速度傳感器
1只，電荷靈敏度4．89pc／N，質量4g。
2 測試原理與過程
2．1測試原理
動剛度為線性定常機械系統中激勵力向量與
響應的加速度向量之比。本試驗采用機械動力學
的瞬態激勵法，其頻響函數為輸出的傅里葉變換
與輸入的傅里葉變換之比。主要測量原理是：通
過實現圓鋸片測試系統的動態信號調理箱和采集
箱上的雙通道(CHI為力通道，CH2為加速度傳
感器通道)的測量連接，再敲擊圓鋸片，使其產
生橫向自由振動，通過加速度傳感器接受機械受
力信號并將其變為電信號，再經信號調理儀放大、
濾波后，對其進行信號的A／D 集及譜分析，從
1／H 頻譜中可得出圓鋸片系統的階次頻響函數
譜、一條隨頻率變化的動剛度曲線和階次動剛度
幅值。
2．2測量過程
AdCras數據采集及處理參數設置：采樣頻率
1000Hz；CH1單位設為(N)、CH2單位設為
(mm／s )； CH1放大100倍CH2放大100倍。
Standard and test標準與檢溺
SsCras信號與系統分析參數設置：分析頻率為
500Hz，頻響函數類型為1／Ht，頻譜類型為線性譜；
為防止頻率混迭，本試驗選擇低通濾波器的頻率
上限，濾波頻率設為1000Hz。
本試驗對在自由懸掛和安裝在圓鋸機上兩種
不同狀態下的圓鋸片系統進行動剛度特性參數的
測量。試驗中，力錘上安裝橡膠頭產生激勵信號
(CH1)；將1只加速度傳感器牢固安裝在圓鋸片
上，接受響應信號(CH2)。其試驗框圖見圖1、
圖2。
圖l 圓鋸片系統自由式懸掛狀態動剛度試驗框圖
圖2 安裝在圓鋸機系統上測量圓鋸片動剛度框圖
實測前，進入示波方式，每敲擊圓鋸片一次后
要等待鋸片穩定后再進行第二次敲擊，檢查儀器
連接線是否接通，波形是否合理等，不合理時將重
新設置之；正式測量時，用帶塑料頭的力錘敲擊圓
鋸片，激起圓鋸片系統振動，以觸發方式采集數
據，進行動態信號頻譜分析，由此得到系統各階
的動剛度幅值。
3 結果與分析
木工機床2011 No．2
3．1數據結果
圖3為懸掛系統中圓鋸片的固有頻率頻譜圖
以及測量數據；圖4為固定在圓鋸機系統中的固
有頻率頻譜圖以及測量數據；圖4為懸掛系統中
1／H 頻譜及測量數據；圖6為固定在圓鋸機系統
中1／H 頻譜及測量數據；1／H 頻譜中的橫坐標表
示頻率(Hz)，縱坐標表示振幅(EU)。

3．2數據計算及分析
通過分析圓鋸片在兩種不同狀態下的1／H 頻
譜及測量數據(圖5和圖6)我們可以得出，動
剛度頻譜是一條隨頻率變化的曲線。1／H。頻譜中
的橫坐標表示頻率(Hz)，縱坐標表示振幅(EU o
根據動剛度計算公式：計算出前十階
固有頻率對應的動剛度的值，見表1。
表1圓鋸片系統兩種狀態下的各階動剛度值計算表
固有頻率幅階次值動剛度值階次固有頻率幅值動剛度值
f(HZ) A(dB) Enns(N／M) f(HZ) A(dB) Erms(N／M)
1 3．42 36．83 0．0798 1 8．06 60．58 0．O236
2 5．37 34．94 0．0307 2 12．45 41．26 0．00670
3 10．O1 27．23 0．00689 3 16．85 41．44 0．00370
4 17．09 27．81 O．OD241 4 19．78 40．o7 0．OO26O
5 19．78 27．9 0．0o181 5 26．86 41．58 0．00146
6 30．03 29．71 0．000835 6 30．O3 48．76 0．oo137
7 31．49 31．46 0．O0o804 7 35．89 47．3 0．000931
8 36．13 30．1 0．O0o585 8 45．17 42．59 0．00o519
9 38．82 28．42 O．0O0478 9 60_3 44．98 0．000314
1O 47．85 27．38 O．0o0218 10 64．2l 40．76 0．O0o251
懸掛自由系統中圓鋸片的動剛度值計算安裝在圓鋸機系統狀態下圓鋸片的動剛度值計算
4 結論與建議
4．1根據動剛度1／H1頻譜得知，動剛度頻譜是一
條隨頻率變化的曲線。某一結構系統的動剛度大，
代表其振動響應小，即意味著該系統在單位力作
用下產生的變形就小。
4．2 表1表明，兩種狀態系統的第一階固有頻率
所對應的動剛度值最大。其固有頻率的階數越大，
其動剛度值均呈依次減小的規律。
4．3 圖3、圖4頻譜中，當系統的激勵頻率與其
固有頻率發生耦合時，易發生共振現象，此時其
動剛度值為最小，易產生變形。在木工圓鋸片的
設計及生產中，建議注重圓鋸片的固有頻率和動
剛度動態參數特性問題，提高圓鋸片動剛度的值，
如在鋸切的時候，應盡量調整圓鋸機系統的振動
頻率，使頻率接近動剛度值較大時的固有頻率，
這樣可以減少因圓鋸片的振動而帶來的損害，提
高其使用壽命和產品質量等。
參考文獻
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擊》，20Q9，28(2)：124～127
第一作者：郝敬冬南京林業大學木材工業學院工業裝
備與過程自動化專業090421班學生
通訊作者：王正南京林業大學木材工業學院高級工程師
博士
(投稿日期：2011．6．9)

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