CN109278196A - 切石机基础模态检测设备及检测方法 - Google Patents
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Abstract
切石机基础模态检测设备及检测方法，涉及检测技术领域，其设备包括用于安装到切石机机座立柱上的第一加速度传感器和用于安装到导轨上的第二加速度传感器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器均连接有电荷放大器，所述电荷放大器连接有数据采集器，所述数据采集器连接有计算机，所述电荷放大器还连接有示波器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的数量均为两个。本发明可在切石机的工作状态下测得其基础结构的固有频率，从而可用于与主电机的工作运转频率进行对比，进而便于对切石机的故障诊断提供帮助，也方便判断出被测切石机的设备精度是否良好。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其指一种切石机基础模态检测设备及检测方法。
背景技术
石材切割机械也叫石材切石机械，简称切石机，其是一种由切割刀组、石料输送台、定位导板及机架组成的多刀多级石材切割机，在石材加工行业，往往需要利用切石机对坯料进行切削、切薄等加工，其中，切割刀组通常采用金刚石圆盘锯片，石料输送台则采用在导轨上设置台车的形式。
切石机的工作原理是，将石材荒料置于导轨台车上，通过主电机降压启动带动台车上方的金刚石圆盘锯片高速旋转，利用变频调速控制自动进给，中国专利CN101288984公开了一种液压锁紧柱式切石机，其金刚石圆盘锯片设置在机座立柱上，机座立柱上设置有用于带动金刚石圆盘锯片上升或下降的升降油缸，而升降油缸则通过设置在机座立柱上的液压油泵驱动，而台车则沿导轨移动，配合金刚石圆盘锯片的移动来对石材荒料进行切割。那么在工作状态中的切石机本身会具备一个基础结构的固有频率，若这个固有频率与主电机（主电机的工作运转频率为已知参数）的工作运转频率接近的话，便会产生共振现象，从而影响切石机的工作，引发切石机故障，导致切石不顺畅，降低设备精度。然而现在鲜有对切石机基础模态固有频率检测的合适的仪器或设备，也因此很难对切石机进行故障诊断。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种切石机基础模态检测设备及检测方法，可在切石机的工作状态下测得其基础结构的固有频率，从而可用于与主电机的工作运转频率进行对比，进而便于对切石机的故障诊断提供帮助，也方便判断出被测切石机的设备精度是否良好。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种切石机基础模态检测设备，包括用于安装到切石机机座立柱上的第一加速度传感器和用于安装到导轨上的第二加速度传感器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器均连接有电荷放大器，所述电荷放大器连接有数据采集器，所述数据采集器连接有计算机，所述电荷放大器还连接有示波器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的数量均为两个。
优选地，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的频响范围均为0.5～12kHz。
更优选地，所述电荷放大器的最大输入电荷量为106pC。
更优选地，所述数据采集器的动态范围在110dB内。
一种切石机基础模态检测方法，采用如上述所述的切石机基础模态检测设备，包括以下步骤：
（1）将两个第一加速度传感器均安装在切石机机座立柱的顶端，并将两个第二加速度传感器分别安装在导轨的两侧；
（2）在切石机的导轨台车放置待加工的石材荒料；
（3）启动切石机，收集第一加速度传感器和第二加速度传感器的数据；
（4）计算机获得数据后通过自功率谱分析得出切石机工作状态下的基础结构的固有频率；
（5）计算机输出并显示数据。
优选地，所述两个第一加速度传感器均通过胶带固定在切石机机座立柱的顶端，所述两个第二加速度传感器通过胶带分别固定在导轨的两侧。
本发明的有益效果在于：在切石机工作时，通过第一加速度传感器和第二加速度传感器采集到切石机工作状态下的机械振动所产生的加速度信号，各加速度信号通过电荷放大器被放大，再由数据采集器采集加速度信号并输送给计算机，此时计算机通过软件运行分析从而得出切石机工作状态下的基础结构的固有频率数据，最后通过与主电机的工作运转频率进行比较，可方便判断出被测切石机的设备精度是否良好，即切石机工作时是否容易产生共振，也可对已产生故障的切石机的诊断提供帮助。
附图说明
图1为本发明实施例中的原理示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，切石机基础模态检测设备，包括用于安装到切石机机座立柱上的第一加速度传感器和用于安装到导轨上的第二加速度传感器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器均连接有电荷放大器，所述电荷放大器连接有数据采集器，所述数据采集器连接有计算机，所述电荷放大器还连接有示波器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的数量均为两个。
上述设备结构简单，采样合理，用于对切石机基础模态进行检测可便于对切石机的故障诊断提供帮助。
在本实施例中，第一加速度传感器和第二加速度传感器的规格型号均选用EA-YD-103，其最大量程为2×103g，灵敏度为20（pC/ms-2），频响范围为0.5～12kHz。
电荷放大器的规格型号选用为DH5862，其灵敏度可在0.01、0.1、1、10、100、1000(mV/pC)六档分档切换，最大输入电荷量为106pC，准确度<1％，失真度<1％。
数据采集器的规格型号选用为ECON-Premax-1000，其输入信道24，输出信道2～16，动态范围在110dB内，并且ADC/DAC为24位浮点，DSP则为32位。
另外，本实施例还提供一种采用上述切石机基础模态检测设备来实现切石基础模态检测的方法，具体包括以下步骤：
（1）将两个第一加速度传感器均安装在切石机机座立柱的顶端，并将两个第二加速度传感器分别安装在导轨的两侧；
（2）在切石机的导轨台车放置待加工的石材荒料；
（3）启动切石机，收集第一加速度传感器和第二加速度传感器的数据；
（4）计算机获得数据后通过自功率谱分析得出切石机工作状态下的基础结构的固有频率；
（5）计算机输出并显示数据。
在切石机工作时，通过第一加速度传感器和第二加速度传感器采集到切石机工作状态下的机械振动所产生的加速度信号，各加速度信号通过电荷放大器被放大，再由数据采集器采集加速度信号并输送给计算机，此时计算机通过软件运行分析从而得出切石机工作状态下的基础结构的固有频率数据，具体地，由于已知频响函数是频域法识别模态参数的基础，输入信号在频域中的动态传递用频响函数来表现，频响函数可以用来反映线性系统输入与输出信号间的固有关系，因此可通过软件分析采集到的数据首先来获得切石机的频响函数，首先，根据国家规范可知，钢筋混凝土大块式基础可简化为单自由度质量-弹簧-阻尼模型，其振动微分方程如下：
（1）
式中，m 、c 、k依次是结构体系的质量、阻尼、静刚度；、、依次是结构体系的位移、速度、加速度响应；为输入激振力。
对方程（1）采用 Laplace 变换，令：
， （2）
把方程（2）代入方程（1）可解得复数频响函数为：
（3）
（4）
上式中，wn是结构体系的固有频率；w是激振力的工作频率；是频响函数的振幅值；
由于现场测试实验过程中除了有切石机本身产生的振动源外，还掺杂了周边环境的振动，如：其他机器、车辆、人、喷水管等，使得切石机在运转工作状态下所受的振动源不止一个，激振成份较复杂，因此在假设周边环境的激振是有限宽带白噪声振动波、噪声功率谱密度接近于均匀分布时，可通过将频响函数与输出信号的自功率谱进行比较（由于自功率谱图能把不良振动放大凸显，突出表征幅值较大的频率）来识别出切石机的基础结构的固有频率，当输入的激振信号假定为白噪声时，其自功率谱为平直谱，可推出为常数S0，频响函数估计为：
（5）
上式中，、分别为、的自功率谱。
当输入的激振信号和输出的响应信号受环境噪声干扰时，，即式（5）与实际的频响函数接近，可用式（5）去估计频响函数。在输入环境为白噪声的激振下，频响函数可用结构体系的输出响应来等效其动力特征。
从式（5）分析可知：机器—基础体系的频响函数与自功率谱呈正比例的平方关系，频响函数与输出信号的自功率谱在某种程度上可近似等效，两者的幅值峰值点都在体系的固有频率附近处达到最大值，从而也就可以通过输出信号的自功率谱等效频响函数来识别出体系的固有频率，即直接从自功率谱图中峰值对应的频率来得到体系的固有频率，最后，通过与主电机的工作运转频率进行比较，即可方便判断出被测切石机的设备精度是否良好，即切石机工作时是否容易产生共振，也可对已产生故障的切石机的诊断提供帮助。
作为优选地，两个第一加速度传感器均用于设置在切石机机座立柱的上端，两个第二加速度传感器则分别用于设置在导轨的两侧，这样可对切石机采集多组数据，根据多组采样数据来获得最终的结果，可使检测结果更加可靠。
另外，本实施例还可提供在计算机上实施的更优的操作方法，具体地，由于在各种噪声干扰的环境下，自功率谱密度图会比较粗糙，需要合适的频率分辨率来显示图形，再加上为了防止频率混叠现象，根据采样定理，应要求采样频率大于测量信号最高频率的2倍，基于以上两个原则进行信号采样，选用信号的分析谱线为800线，采样点数为2048点，分析频宽为9375Hz，采样频率为24000Hz，测试采样时间为8.53s，另外，为减少信号截断产生的谱泄漏，在生成数据的过程中可加Hanning汉宁窗函数，窗函数频谱的两侧旁瓣逐渐衰减于零，使能量集中在主瓣，可使随机振动信号接近于无截断的频谱，运用帧重叠技术采集信号，重复利用前一帧的部分数据，这样既减少了采集时间，又可以突出信号的瞬态特性，最后使得本测试重叠率为50%，获得200帧数据的时间为8.53s。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (6)
1.切石机基础模态检测设备，其特征在于：包括用于安装到切石机机座立柱上的第一加速度传感器和用于安装到导轨上的第二加速度传感器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器均连接有电荷放大器，所述电荷放大器连接有数据采集器，所述数据采集器连接有计算机，所述电荷放大器还连接有示波器，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的数量均为两个。
2.根据权利要求1所述的切石机基础模态检测设备，其特征在于：所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的频响范围均为0.5～12kHz。
3.根据权利要求1所述的切石机基础模态检测设备，其特征在于：所述电荷放大器的最大输入电荷量为106pC。
4.根据权利要求1所述的切石机基础模态检测设备，其特征在于：所述数据采集器的动态范围在110dB内。
5.切石机基础模态检测方法，其特征在于：采用如权利要求1-4中任意一项所述的切石机基础模态检测设备，包括以下步骤：
（1）将两个第一加速度传感器均安装在切石机机座立柱的顶端，并将两个第二加速度传感器分别安装在导轨的两侧；
（2）在切石机的导轨台车放置待加工的石材荒料；
（3）启动切石机，收集第一加速度传感器和第二加速度传感器的数据；
（4）计算机获得数据后通过自功率谱分析得出切石机工作状态下的基础结构的固有频率；
（5）计算机输出并显示数据。
6.根据权利要求5所述的切石机基础模态检测方法，其特征在于：所述两个第一加速度传感器均通过胶带固定在切石机机座立柱的顶端，所述两个第二加速度传感器通过胶带分别固定在导轨的两侧。
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