-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-木工帶鋸條動剛度的瞬態(tài)振動法測量計算Measureandcalculationfornamicstiffnessvaluesofwoodworkingbandsawbladebythetransientvibrationalmethod曹倚中張迪張澤瑜何玲楊東王正（南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院，南京，210037）摘要：本文依據(jù)機(jī)械動力學(xué)理論，采用瞬態(tài)振動激勵法，對MJ397型國產(chǎn)木工帶鋸機(jī)的帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行動剛度性能檢測與分析，以期為優(yōu)化國產(chǎn)帶鋸條系統(tǒng)設(shè)計與檢測的應(yīng)用工作提供參考。關(guān)鍵詞：木工帶鋸條；瞬態(tài)激勵；固有頻率；動剛度中圖分類號：TS6431引言隨著我國對木材需求的進(jìn)一步增長，木材產(chǎn)量歷年升高，而木工帶鋸機(jī)作為木材加工的頭道工序已成為提高木材利用率和木材加工質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)年鑒（2009）對國內(nèi)24家規(guī)模以上鋸床生產(chǎn)企業(yè)的統(tǒng)計，2008年我國帶鋸床產(chǎn)量為32,600臺，比1990年的2000臺基礎(chǔ)上翻了近16倍，年復(fù)合增長率為16.80%，考慮到許多規(guī)模較小的企業(yè)未統(tǒng)計，實際年復(fù)合增長率要更大些。與此同時，雙金屬帶鋸條國內(nèi)市場從1985年前完全依靠進(jìn)口，到2010年本土品牌雙金屬帶鋸條銷量已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)市場總銷量的55%左右。在木工帶鋸機(jī)產(chǎn)量日益增長、作用日顯重要的今天，對于帶鋸機(jī)的研究是十分必要的。而在帶鋸機(jī)的研究中，關(guān)于帶鋸條振動特性的研究是很重要的一個組成部分。木工帶鋸條的受力極其復(fù)雜,鋸解作業(yè)時會發(fā)生共振和晃動（抖振）,這將影響鋸解質(zhì)量,故對帶鋸條的振動特性研究尤為重要。近40年來,國外帶鋸的理論研究成果顯著。從20世紀(jì)80年代開始，Mote教授開始研究寬帶鋸條的振動,轉(zhuǎn)動鋸條振動的識別與控制技術(shù),鋸條轉(zhuǎn)動和張緊的彈性系統(tǒng)振動控制,帶鋸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計理論的研究。動剛度是描述機(jī)械結(jié)構(gòu)減振性能的關(guān)鍵指標(biāo)，表示其線性定常機(jī)械系統(tǒng)中激勵力相量與響應(yīng)的加速度向量之比，反映其在特定的動態(tài)激擾下抵抗變形的能力，即引起單位振幅所需要的動態(tài)力。對帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行動剛度的動力學(xué)剛性特性研究鮮見，在國內(nèi)外同行在文獻(xiàn)中尚未發(fā)現(xiàn)測量木工帶鋸條動剛度的類似方法。本研究用接觸式的加速度傳感器法及非接觸式的聲級計聲學(xué)法，對MJ397型國產(chǎn)木工帶鋸機(jī)上的帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動剛度參數(shù)進(jìn)行了測試分析，對提升帶鋸條系統(tǒng)在特定的動態(tài)激擾下抵抗變形的設(shè)計能力與測試技術(shù)水平，促進(jìn)我國帶鋸機(jī)的動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用水平，節(jié)約木材資源有實用價值與現(xiàn)實意義?；痦椖浚?012年江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（國家級）項目（2012JSSPITP0711）第一作者介紹：曹倚中，男，南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院木材科學(xué)與工程專業(yè)本科生。張迪張澤瑜何玲通訊地址同第一作者。通訊作者：楊東，博士，講師。主要研究方向：林業(yè)科學(xué)。收稿日期：2試驗設(shè)備與儀器-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-2.1試驗設(shè)備本試驗設(shè)備為山西工友集團(tuán)產(chǎn)的MJ397型木工帶鋸機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見表1。其帶鋸輪張緊力為3543.79N。表1MJ397型木工帶鋸機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)表主電機(jī)功率(kW)送料電機(jī)功率(kW)鋸輪直徑D(mm)鋸輪出廠轉(zhuǎn)速n(r/min)鋸輪實測轉(zhuǎn)速n(r/min)7.50.45/0.75700900970木工帶鋸條為直背齒形,材料為65Mn。其有效寬度(不含齒高)b=76.5mm，厚度s=1.05mm，總長度L=5400mm，齒距t=37mm，齒高h(yuǎn)=13.7mm；鋸齒的3個基本角度為:齒喉角=25,齒尖角=45,齒背角=20。2.2南京安正CRAS振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)該系統(tǒng)由信號調(diào)理、信號采集、Sscras信號與系統(tǒng)分析軟件及計算機(jī)組成。其信號調(diào)理部分包括抗混濾波器和信號放大器,抗混濾波器將安裝在鋸輪上的木工帶鋸條所產(chǎn)生的信號進(jìn)行濾波,然后經(jīng)信號放大器放大后的信號進(jìn)入信號采集部分；信號采集部分有計算機(jī)接口、數(shù)字信號器處理DSP芯片、A/D轉(zhuǎn)換器,采集到的模擬信號經(jīng)計算機(jī)接口進(jìn)入數(shù)字信號器處理DSP芯片進(jìn)行數(shù)字信號處理,然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,通過信號處理分析部分中的CPU處理機(jī)的信號輸入端進(jìn)入CPU處理機(jī)并由CPU處理機(jī)及其系統(tǒng)控制軟件實行處理分析。2.3CA-YD-185型壓電式內(nèi)置IC加速度計1只，其靈敏度為4.72mv/ms2。2.4橡膠力錘。3測試方法與過程3.1測試方法與原理動剛度是描述減振性能的關(guān)鍵指標(biāo)，表示其線性定常機(jī)械系統(tǒng)中激勵力相量與響應(yīng)的加速度向量之比，反映其在特定的動態(tài)激擾下抵抗變形的能力，即引起單位振幅所需要的動態(tài)力。動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需要的動態(tài)力。動剛度則是用結(jié)構(gòu)的固有頻率來衡量。由動剛度的定義可知，動剛度的單位應(yīng)為N/m，其計算公式在經(jīng)過三角復(fù)指數(shù)形式簡化計算后為：2)2/(fAE。式中，E表示動剛度（N/m）；A表示動剛度幅值（m）；f表示頻率（Hz）。其測試原理如下：根據(jù)動力學(xué)的隨機(jī)激勵理論,用橡膠錘激振帶鋸條系統(tǒng),利用加速度計在激勵激起帶鋸條的自由振動情況下,根據(jù)帶鋸條自由振動的加速度波形進(jìn)行頻譜分析,獲得帶鋸條結(jié)構(gòu)的固有頻率和動剛度幅值。3.2測試過程加速度計在安裝時應(yīng)避免放在帶鋸條寬度的1/2或1/4處的節(jié)點位置，本文將加速度計安裝在帶鋸條寬度的1/3處。在測試時，橡膠錘以適當(dāng)?shù)牧Χ惹脫魩т彈l鋸身。測試中，帶鋸機(jī)處于不開機(jī)狀態(tài)。其試驗測試框圖如圖1所示。測試前，利用加速度計隨小磁鐵吸附至帶鋸條上。首先，連接各儀器設(shè)備,調(diào)用信號與系統(tǒng)分析軟件,其參數(shù)設(shè)置的情況如下：分析頻率為1000Hz,觸發(fā)方式為負(fù)觸發(fā),電壓范圍帶鋸條-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-圖1帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動剛度測試框圖為5000mV,工程單位為m/s/s,校正因子為47.2，放大倍數(shù)10，濾波頻率1000Hz，數(shù)據(jù)采集次數(shù)為4，數(shù)據(jù)塊長度為2048。正式測試前,進(jìn)入示波方式,用橡膠力錘敲擊帶鋸條,主要檢查連接線是否接通及傳感器前置解調(diào)后的鋸條橫向跳動的低頻信號。其次，在示波無誤后，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集方式。連續(xù)敲擊鋸條并接收機(jī)械信號數(shù)據(jù)，再根據(jù)其頻譜圖讀出前5階的固有頻率值，同時記錄實測數(shù)據(jù)。重復(fù)三次以避免偶然誤差。圖2在鋸身上安裝加速度傳感器圖3帶鋸條系統(tǒng)動剛度性能測試現(xiàn)場3結(jié)果與分析采用加速度激勵法測量MJ397型高速木工帶鋸機(jī)帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有頻率數(shù)據(jù)表1所示。其頻譜圖見圖4。3結(jié)果與分析采用聲波激勵法測量MJ397型木工帶鋸機(jī)帶鋸條結(jié)構(gòu)系統(tǒng)頻譜，如圖2所示。由圖4讀出前5階固有頻率及相應(yīng)的動剛度幅值。其系統(tǒng)的基頻f1=73.75Hz、f2=160.00Hz、f3=208.75Hz、f4=231.50Hz、f5=265.00Hz。其動剛度幅值A(chǔ)1=106.93N/ms-2、A2=104.50N/ms-2、A3=105.14N/ms-2、A4=107.15N/ms-2、A5=104.14N/ms-2。AZ-802信號調(diào)理器AZ-308數(shù)據(jù)采集箱計算機(jī)加速度計-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-圖4加速度激勵法所測的帶鋸條固有頻率頻譜圖本帶鋸條系統(tǒng)的動剛度有效值)(nrmsE計算如下：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.