鋸材應(yīng)力分等試驗機結(jié)構(gòu)分析與仿真驗證.pdf

1、中國是世界上木材資源貧乏國之一，木材資源分布不均、總量很少、質(zhì)量較差，由于人口基數(shù)過大，人均木材資源占有率更是遠(yuǎn)低于低于世界平均水平。依據(jù)我國這一基本情況，如何合理利用木材和提高木材利用率成為當(dāng)前木工行業(yè)的關(guān)鍵問題，而對木材的科學(xué)分等是實現(xiàn)木材合理利用以及提高木材利用率的一大基礎(chǔ)。
　　 木材按其強度性能指標(biāo)可被劃分成若干個等級，稱作木材的強度等級分等，簡稱木材分等。本論文的目的在于以研制簡易精確的鋸材應(yīng)力分等試驗機，預(yù)測應(yīng)力分

2、等試驗機的性能，降低機械應(yīng)力分等成本，推廣機械分等技術(shù)。介紹鋸材應(yīng)力分等試驗機，其結(jié)構(gòu)主要是由機架、電機、滾輪總成、壓緊框、氣缸、加載裝置和底座等零部件構(gòu)成。形成了結(jié)構(gòu)用鋸材應(yīng)力分等試驗機試機械圖紙并確定了采用上下分別加載方式，以保證數(shù)據(jù)采集的合理性，形成了分等設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。
　　 在參照國外先進木材分等機械的研究基礎(chǔ)上，進行一定的創(chuàng)新，完成自發(fā)研制的鋸材應(yīng)力分等試驗機。該設(shè)備采用連續(xù)進給機構(gòu)，可實現(xiàn)鋸材位移量和作用力在線

3、控制，實時控制，增加分等的準(zhǔn)確性。驅(qū)動速度可調(diào)，滿足不同需求;采用整體浮動式結(jié)構(gòu)，雙氣缸支撐夾緊支撐輥保證鋸材連續(xù)通過，滿足快速分等的要求;采用工控機和Labview采集控制模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，防干擾強，操作界面方便友好;氣缸加載方便，而測量精度不收氣缸系統(tǒng)影響，提高了木材測試的工作效率。
　　 分等試驗機是由電機驅(qū)動若干主動輪轉(zhuǎn)動，氣缸控制壓緊框控制壓緊輥下壓鋸材壓緊，加載裝置為施加恒定載荷的裝置，使鋸材發(fā)生彎曲變形，支

4、撐底座為支撐整臺設(shè)備的裝置。該設(shè)備設(shè)有相應(yīng)的測力傳感器，將所測得的數(shù)據(jù)通過測力傳感器傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)，算出該結(jié)構(gòu)用木材的抗彎彈性模量的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)進行分級組進行對比，對被測結(jié)構(gòu)用木材做出強度分級，并將該分級結(jié)果輸出。
　　 本論文主要對鋸材機械應(yīng)力分等技術(shù)及試驗機進行研究，為木材應(yīng)力分等提供新的技術(shù)支持及介紹鋸材應(yīng)力分等試驗機的主體結(jié)構(gòu)和特點。利用SolidWorks軟件對鋸材應(yīng)力分等試驗機進行三維實體建模和裝配

5、，再利用SolidWorks Motion對應(yīng)力分等機進行運動仿真。
　　 通過對鋸材三種不同進給速度的對比分析，驗證了鋸材應(yīng)力分等試驗機結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和正確性。采用不同木材進給速度進行運動仿真，結(jié)果表明以為500 mm/s的速度進給較為合適，為設(shè)計應(yīng)力分等試驗機提供了可靠的木材進給速度，為確定分等試驗機主動輪的傳送速度提供了依據(jù)。當(dāng)鋸材進給速度達到1000 mm/s時，鋸材與加載輥的接觸力波動較大，鋸材對分等機械設(shè)備的沖擊也

6、較大，鋸材應(yīng)力分等試驗機的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，因此鋸材進給的速度對試驗設(shè)備的檢測性能影響較大，在后續(xù)的實驗研究中應(yīng)注重對鋸材進給速度的測試，這為下一步開展鋸材應(yīng)力分等試驗機有限元分析及優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 從鋸材應(yīng)力分等試驗機多跨度的SolidWorks Motion仿真可以看出各個受力情況較為平緩，規(guī)律性明顯，可得出該分等設(shè)備可進行多跨度的鋸材應(yīng)力分等工作，且分等設(shè)備性能良好，能滿足不同跨距工作的需要。
　　 以

7、SolidWorks Motion為平臺在計算機上創(chuàng)建虛擬樣機來模擬復(fù)雜機械系統(tǒng)的整個運動，從而達到提高設(shè)計質(zhì)量、節(jié)約成本、節(jié)省時間的目的;方法先進，結(jié)果可靠，效率很高，避免了設(shè)計、制造分等試驗設(shè)備進行反復(fù)試驗及設(shè)計修改的環(huán)節(jié)。通過計算機軟件平臺，對鋸材應(yīng)力分等試驗機的工作狀態(tài)進行運動仿真分析，能及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計環(huán)節(jié)中的缺陷，并根據(jù)相應(yīng)的分析結(jié)果進行實時修改，為進一步的分析以及優(yōu)化打下基礎(chǔ)，具有很高的實際指導(dǎo)意義。
　　 鋸材

8、應(yīng)力分等試驗機機架是采用鋁型材拼裝成型的。所謂鋁型材即使用鋁這種材料通過熱熔后，擠壓變形后通過模具造型得到各種截面形狀的鋁結(jié)構(gòu)。它具有質(zhì)量輕、強度高、便于組裝成型等優(yōu)點。機架是鋸材應(yīng)力分等試驗機所有零部件實現(xiàn)安裝的根本結(jié)構(gòu)，并提供鋸材分等試驗機加載裝置和相連力學(xué)傳感器的安裝位置，及為完成鋸材撓性彎曲變形的工作狀態(tài)的一系列輔助機械零部件的提供安裝部位。機架在加載條件下的變形直接影響到設(shè)備能否正常運行，因此鋸材應(yīng)力分等試驗機機架還應(yīng)該具有較

9、高強度和剛度。機架在加載條件下的變形直接影響到試驗機能否正常運行。機架結(jié)構(gòu)就其連接形式而言比較單一，即焊接和螺栓連接兩種形式。
　　 同時，對鋸材應(yīng)力分等試驗機機架進行有限元模態(tài)分析，得到機架的4階模態(tài)振型和基本頻率，同時找到機架各階模態(tài)的最大受力點和最大變形處，對比具有一定的對稱性的部分機架的4階模態(tài)，所得結(jié)論為防止共振和后續(xù)進行諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動力學(xué)分析以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 通過Solid

10、Works Simulation仿真模塊對鋸材應(yīng)力分等試驗機的機架進行分析計算，得到機架的固有諧振頻率，利用動態(tài)顯示可以觀察各階振型、變形、位移分布狀態(tài)，結(jié)果非常直觀，在木材機械分等過程中考慮機架的固有頻率和振型，避免發(fā)生共振，影響傳動效率。
　　 鋸材應(yīng)力分等試驗機工作過程中，最主要的外界激勵是來自電機振動。電機振動頻率低于鋸材應(yīng)力分等試驗機機架的最低階固有頻率，故該機架結(jié)構(gòu)在電機運轉(zhuǎn)過程中，不會與電機發(fā)生共振。