鋸材應力分等試驗機結構分析與仿真驗證.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、質量較差，由于人口基數(shù)過大，人均木材資源占有率更是遠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前木工行業(yè)的關鍵問題，而對木材的科學分等是實現(xiàn)木材合理利用以及提高木材利用率的一大基礎。
　　 木材按其強度性能指標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力分等試驗機，預測應力分

2、等試驗機的性能，降低機械應力分等成本，推廣機械分等技術。介紹鋸材應力分等試驗機，其結構主要是由機架、電機、滾輪總成、壓緊框、氣缸、加載裝置和底座等零部件構成。形成了結構用鋸材應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，形成了分等設備結構的設計方案。
　　 在參照國外先進木材分等機械的研究基礎上，進行一定的創(chuàng)新，完成自發(fā)研制的鋸材應力分等試驗機。該設備采用連續(xù)進給機構，可實現(xiàn)鋸材位移量和作用力在線

3、控制，實時控制，增加分等的準確性。驅動速度可調(diào)，滿足不同需求;采用整體浮動式結構，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動若干主動輪轉動，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備的裝置。該設備設有相應的測力傳感器，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)，算出該結構用木材的抗彎彈性模量的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)與設定的數(shù)據(jù)進行分級組進行對比，對被測結構用木材做出強度分級，并將該分級結果輸出。
　　 本論文主要對鋸材機械應力分等技術及試驗機進行研究，為木材應力分等提供新的技術支持及介紹鋸材應力分等試驗機的主體結構和特點。利用SolidWorks軟件對鋸材應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，驗證了鋸材應力分等試驗機結構設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，結果表明以為500 mm/s的速度進給較為合適，為設計應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，鋸材對分等機械設備的沖擊也

6、較大，鋸材應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備的檢測性能影響較大，在后續(xù)的實驗研究中應注重對鋸材進給速度的測試，這為下一步開展鋸材應力分等試驗機有限元分析及優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。
　　 從鋸材應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，可得出該分等設備可進行多跨度的鋸材應力分等工作，且分等設備性能良好，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雜機械系統(tǒng)的整個運動，從而達到提高設計質量、節(jié)約成本、節(jié)省時間的目的;方法先進，結果可靠，效率很高，避免了設計、制造分等試驗設備進行反復試驗及設計修改的環(huán)節(jié)。通過計算機軟件平臺，對鋸材應力分等試驗機的工作狀態(tài)進行運動仿真分析，能及時準確地發(fā)現(xiàn)設計環(huán)節(jié)中的缺陷，并根據(jù)相應的分析結果進行實時修改，為進一步的分析以及優(yōu)化打下基礎，具有很高的實際指導意義。
　　 鋸材

8、應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構。它具有質量輕、強度高、便于組裝成型等優(yōu)點。機架是鋸材應力分等試驗機所有零部件實現(xiàn)安裝的根本結構，并提供鋸材分等試驗機加載裝置和相連力學傳感器的安裝位置，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備能否正常運行，因此鋸材應力分等試驗機機架還應該具有較

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。機架結構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)，所得結論為防止共振和后續(xù)進行諧響應分析、瞬態(tài)動力學分析以及結構動力特性的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。
　　 通過Solid

10、Works Simulation仿真模塊對鋸材應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力分等試驗機機架的最低階固有頻率，故該機架結構在電機運轉過程中，不會與電機發(fā)生共振。