帶鋸條有鋸卡系統(tǒng)頻率參數(shù)的測量與分析

帶鋸條有鋸卡系統(tǒng)頻率參數(shù)的測量與分析

最先進的臺式木質帶鋸機在鋸條的切割面（狹窄面）和木材接觸面的上下安裝導向鋸卡。裝在機座上的下鋸卡為固定夾板型，而滾輪型上鋸卡則隨鋸解木材徑級、高度不同，可上下移動調整，保持適當位置，以減小切削邊鋸解中受沖擊時發(fā)生的擺動。為進一步拓展帶鋸條振動的理論研究，本文采用頻譜分析法，在帶鋸機靜態(tài)和負載下，對帶鋸條有鋸卡系統(tǒng)中的切削邊和非切削邊頻率進行測量分析，以期提供試驗支持。1鑒定帶鋸機的間距本文用電渦流位移傳感器（非接觸有源傳感器），測量有鋸卡時帶鋸條系統(tǒng)的固有頻率和工作頻率。傳感器安裝時端頭與鋸條鋸身平面的間距約1mm，這樣在其間距空間就形成了一個磁場。當帶鋸機運行或靜態(tài)激勵使鋸條振動時，由于鋸條與探頭間產生了相對位移，其磁場也就發(fā)生了變化。電渦流位移傳感器的試驗原理是，通過采集由傳感器前置器解調后的鋸條晃動（抖振）的低頻信號，經濾波、放大、數(shù)據(jù)采集和頻譜分析過程，在頻譜中得出帶鋸條結構固有頻率值。2測試安裝2.1帶鋸機的剛度試驗所用MJ397型木工帶鋸機的主要技術參數(shù)見表1。鋸條為直背齒形,材料為65Mn，鋸身寬度（不含齒高）B=76.5mm，鋸身厚度s=1.0mm，鋸身長度L=5400mm，上、下鋸輪軸線間的最大距離（緊、松邊）l=(5400-3.14×700)÷2=1600mm=1.6m，密度ρ=7800kg/m3，橫截面面積A=0.1×7.65×10-2=7.65×10-3m2。帶鋸輪轉速為970r/min，故其工作頻率為16.2Hz(1倍頻）、32.42Hz(2倍頻）等。圖1為MJ397型木工帶鋸機的滾輪型上鋸卡，滾輪與鋸條間留有間隙。當機床運行、鋸條晃動時（抖振）與滾輪接觸，帶動滾輪繞其自身軸線轉動，產生導向作用。2.2渦流位移傳感器(1)南京安正CRAS振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)，由信號調理、信號采集和Sscras信號與系統(tǒng)分析軟件組成；(2)CWY-DO-501電渦流位移傳感器2只，由探頭、延伸電纜和變換器（前置器）組成。特點是非接觸式測量、頻響寬、靈敏度與分辨率高、線性測量范圍寬和抗干擾能力強等，其靈敏度為8mv/μm;(3)橡膠力錘1把；(4)試材：杉木,Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook,規(guī)格為:600mm（長度）×200mm（寬度）×60mm（厚度），含水率26.2%，氣干密度0.358(g/cm3)。3固有頻率和工作頻率根據(jù)結構動力學的隨機激勵理論，采用非接觸式的電渦流傳感器位移法，用橡膠錘激振靜態(tài)有鋸卡時的帶鋸條，測量靜態(tài)情況下的鋸條固有頻率和系統(tǒng)工作頻率；在有負載時（鋸切時）測量動態(tài)情況下鋸條緊、松邊的固有頻率和系統(tǒng)工作頻率。測試框圖見圖2。圖2中，a表示上鋸卡到工作臺的距離（取256mm,398mm）、上鋸輪中心到工作臺面的距離為h=892mm。因本鋸機下鋸卡與鋸條兩側的間隙均大于3mm，故本文未考慮下鋸卡的影響。4靜態(tài)和負載下錨點檢測頻率的確定本試驗環(huán)境溫度19℃、環(huán)境濕度21%，無外界強磁場干擾和無腐蝕氣體侵蝕，電源電壓交流220V，頻率為50Hz，對每種測試狀態(tài)均進行3次測量。試驗前，將帶鋸條安裝在帶鋸機上，帶鋸輪實際張緊力T為3485N，測試現(xiàn)場見圖3。用電渦流位移法測量靜態(tài)和負載下鋸條切削邊、非切削邊的頻率時，按圖2連接儀器的通道。參數(shù)設置：分析頻率和低通濾波頻率為50HZ；數(shù)據(jù)塊取4;FFT塊長度為2048；電壓范圍為±10V，工程單位為mV；校正因子設8，選取Hanning窗計權函數(shù)，并采用線性平均方式等。5測測板及測點布置上述測量時，其試驗文件含義見表2，頻譜圖如圖4～7所示。試驗表明，在靜態(tài)情況下鋸條緊邊一側有上鋸卡時，其緊邊固有頻率（27.54Hz）高于松邊固有頻率（22.56Hz）。這說明處于緊邊上的鋸卡對鋸條系統(tǒng)起到一定的約束作用，相當于弦的長度減少，固有頻率提高，符合將帶鋸條的振動簡化為弦振動理論的力學模型，即基頻，見圖4(文件名:jt-jb-1-3)、圖5（文件名:jt-sb-1-1）。同時，鋸卡的位置和鋸卡的存在，并不影響鋸條在開機鋸解時某些頻率，如工作頻率16.21Hz和32.42Hz，見圖6（文件名:dt-jq-sb-1-1）、圖7（文件名:dt-jq-sb-2-1）。圖4中的固有頻率27.54Hz、圖5中的22.56Hz不會與圖6、圖7中的16.21Hz、32.42Hz等1倍工作頻率、2倍工作頻率等產生耦合而發(fā)生共振現(xiàn)象。從圖6、圖7中可以看出，16.21Hz、32.42Hz處有較穩(wěn)定的高峰，特別是2倍工作頻率32.42Hz分量大大超過1倍工作頻率16.21Hz分量。另外其時域波形穩(wěn)定，每轉出現(xiàn)2個峰，無大的加速度沖擊現(xiàn)象，故判斷上、下鋸輪軸線不平行或軸承安裝傾斜或偏心，整個帶鋸機系統(tǒng)有不對中故障存在，其原因可能是裝配不當或調整不夠精細。由于受鋸卡位置點的約束而改變其弦長l等緣故，上鋸卡到工作臺的距離a=398mm時的松邊基頻（19.14Hz）高于a=256mm時的松邊基頻（19.04Hz），體現(xiàn)出上鋸卡與上鋸輪軸線距離越近，帶鋸條系統(tǒng)固有頻率就越高的特征。6帶鋸機的簡化模型(1）安裝鋸卡后，靜態(tài)情況下帶鋸條緊邊固有頻率高于松邊頻率，說明鋸卡對帶鋸條系統(tǒng)起到一定的約束作用，提高了鋸條緊邊的剛性，直觀上，鋸卡對帶鋸條的振動起到限制作用，符合帶鋸條振動簡化為弦振動理論的力學計算模型，即基頻,其中張緊力T視帶鋸機靜止或運動時的不同受力情況而不同。(2）上鋸卡與上鋸輪軸線距離越近，帶鋸條系統(tǒng)的固有頻率就越高，亦符合弦振動理論的力學計算模型。(3）鋸卡的位置和鋸卡的存在，不影響鋸條在開機鋸切時工作頻率。(4）測試中的系統(tǒng)工作頻率與電機