CN112161799B - 一种柔性板带模态测试平台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性板带模态测试平台，其技术方案是：所述装置包括包括框架、沉没辊单元、固定辊单元、张紧辊单元、液池、板带、数据采集与处理单元等。固定辊和张紧辊安装在安装架Ⅰ上沿；沉没辊安装在安装架Ⅱ下沿；张紧装置配合张紧辊安装；数据采集单元包括模态力锤、力传感器和加速度传感器，力传感器用于测试张紧力，通过力传感器和加速度传感器采集数据并输入数据处理端，以进行模态分析。本平台简单有效的张紧装置、浸没装置使本平台可以准确、全面地测试板带在不同工况下的模态。本发明解决了板带模态实验平台和技术缺乏的问题，功能全面。

Description

一种柔性板带模态测试平台及其使用方法

技术领域

本发明属于检测装备技术领域。具体涉及一种部分浸没于液体的板带模态测 试平台。

背景技术

板带等多种板带产品的生产过程中，通常产生多种形式的振动，对于生产线 的正常运行以及产品质量危害极大。设备运行的工况条件包括张紧力、板带尺寸、 材质、浸没条件、转速等，对板带模态有重要影响。因此，分析和研究不同运行 工况下的板带模态，对于改进产品质量、提高生产效率具有重要意义。实验模态 分析，作为理论模态分析的逆过程，是验证有限元分析可靠性的重要方法。

目前存在的模态测试平台和装置，主要针对板状刚性零件，没有针对柔性板 带的模态测试装置，并且测试条件通常比较单一，不能测试复杂工况条件下的板 带模态，因此，亟需一种能够在复杂工况条件下，测试板带模态的装置。本发明 的板带模态实验平台，能够模拟实际生产中板带的张紧以及浸没模态，使测试结 果更加准确。

发明内容

本发明旨在解决现有板带生产技术研发中，模态试验装置缺乏的问题，提供 一种板带模态实验平台及其使用方法。

一种板带模态测试平台，包括框架、沉没辊单元、固定辊单元、张紧辊单元、 液池、板带、数据采集与处理单元；

所述框架包括两个上下设置的矩形安装架Ⅰ和矩形安装架Ⅱ，两个矩形安装 架结构相同，均包括两根长支撑杆和两根短支撑杆，两根长支撑杆的中部通过连 接杆连接，两个矩形安装架通过四根立柱固定安装在一起，在长支撑杆与立柱之

所述固定辊单元包括两个固定辊轴承座底板、固定辊和两个固定辊带座轴 承，所述固定辊轴承座底板固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆的上表面， 固定辊通过固定辊带座轴承固定安装在固定辊轴承座底板上；所述张紧辊单元包 括两根导轨，导轨固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆的上表面，两个平板 均通过滑块与导轨滑动连接，张紧辊通过张紧辊带座轴承固定安装在所述平板 上，两个平板的一端通过立板11固定连接，立板11靠近固定辊单元的一侧设置 有两个L形推板，立板上设置有两个力传感器，推板固定安装在所述矩形安装架 Ⅰ的两根长支撑杆的上表面，所述推板上开设有螺纹孔，张紧螺栓穿过螺纹孔抵 靠在所述力传感器上。

所述沉没辊单元包括共用悬臂架和导向辊悬臂架，共用悬臂架和稳定辊悬臂 架均固定安装在所述矩形安装架Ⅱ的两根长支撑杆的下表面，所述共用悬臂架的 下方固定安装有两个沉没辊悬臂和两个第一稳定辊悬臂，所述稳定辊悬臂架的下 方固定安装有两个第二稳定辊悬臂，沉没辊设置在两个沉没辊悬臂之间，沉没辊 两端均设置有螺纹孔，并用双头螺栓将其和沉没辊悬臂完全约束。第一稳定辊设 置在两个第一稳定辊悬臂之间，第二稳定辊设置在两个第二稳定辊悬臂之间。板 带依次缠绕在固定辊、张紧辊和沉没辊的表面，并从第一稳定辊和第二稳定辊之 间穿过。

所述液池位于所述沉没辊单元的下方，所述液池的侧壁上设置有加热器，所 述沉没辊整体位于液池的液面线下方,钢制细杆的一端通过AB胶粘贴在所述沉 没辊上,另一端伸出液面。

所述数据采集与处理单元包括模态力锤、Siemens LMS Test lab数据采集 前端、DELL移动工作站和LMS Test lab软件，所述LMS Test lab软件由Impact Testing模块和Modal Analysis模块组成。

沿沉没辊周向均匀设置六排检测点，每一排上又均匀设置5个检测点，共 30个检测点，板带宽度方向上每隔50mm布置一个测点，长度方向上每隔100mm 布置一个测点，共计60个测点。

一种板带模态测试平台的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，对沉没辊和柔性板带进行网格划分，标记测点，调节张紧力到指 定数值，将模态力锤、加速度传感器等连接至数据处理端，调试。

步骤2)，首先测试干模态，本测试采用“加速度传感器逐点移动、力锤固 定不动”的方法，将加速度传感器粘贴在沉没辊上的第一个测点位置，用力锤敲 击钢制细杆端部，采集信号，为得到最佳数据，重复敲击三次，之后将加速度传 感器粘贴下一个测点位置，再次用力锤敲击钢制细杆端部，采集三次信号，不断 重复上述步骤，直至完成30个测点的全部测试，对于柔性板带，将加速度传感 器依次粘贴在柔性板带上的60个不同测点处，采用力锤直接敲击柔性板带表面 测点A，完成60个测点的全部测试。敲击时要避免过载激励，采集到的信号通 过谱平均方法，得到各响应点的频率响应函数，再利用PolyMAX法得到约束状态 下沉没辊和柔性板带的各阶振型及其频率。

步骤3)，然后测试湿模态，根据实验要求，注入相应的浸没液体并调节液 体温度满足实验要求，将加速度传感器依次粘贴在沉没辊和柔性板带上的相应测 点位置，用力捶敲击钢制细杆端部及板带表面，记录模态数值，完成90个测点 的全部测试。

步骤4)，根据实验要求，更换不同材质尺寸的沉没辊、柔性板带，调整张 紧力、调整浸没条件，如液体种类、液体温度、浸没深度，重复步骤2)和3)， 记录不同条件下的模态数值。

该装置能够测试柔性板带的尺寸、材质，张紧力，浸没条件等因素对于柔性 板带模态的影响，通过导轨在轴承座底板和机架之间形成移动副。然后通过螺栓 推动轴承座底板平动，从而带动辊子移动，以实现准确调节板带张紧程度的目的， 通过力传感器可以准确显示张紧力的大小。机构结构简单，可操作性强、准确度 高。

由于采用上述技术方案，本发明的积极效果体现在：

第一：提出了一种柔性板带模态实验平台设计方案及使用方法，解决了板带 模态实验装置和方法缺乏的问题；

第二：设计有张紧力调节装置，可用于测试不同张紧力对柔性板带模态的影 响；

第三：适用于测试不同厚度、宽度、材质(铝/铜/钢/硅钢)等的板带特性；

第四：设计有浸没液池，适用于测试不同浸没条件(液体密度、温度、浸没 深度等)对板带模态的影响。

附图说明

图1为本发明的模态测试平台的轴测图；

图2为本发明的模态测试平台整体前向剖视图；

图3为图1中框架部分的轴测示意图；

图4为驱动辊单元的局部视图；

图5为驱动辊单元的局部放大图；

图6为固定辊单元的局部视图；

图7为沉没辊单元的局部视图；

图8为沉没辊示意图；

图9为液池部分的轴测视图；

图10为沉没辊测点示意图；

图11为板带结构示意图；

图12为板带测点示意图；

图中：1.立柱；2.短支撑杆；3.长支撑杆；4.斜拉梁；5.连接杆；6.导轨； 7.滑块；8.张紧辊带座轴承；9.张紧辊；10.平板；11.立板；12.力传感器；13. 推板；14.张紧螺栓；15.柔性板带；16.固定辊轴承座底板；17.固定辊；18.固 定辊带座轴承；19.共用悬臂架；20.沉没辊悬臂；21.沉没辊；22.钢制细杆；23. 第一稳定辊悬臂；24.第一稳定辊；25.稳定辊悬臂架；26.第二稳定辊悬臂；27. 第二稳定辊；28.加速度传感器；29.加热器；30.液池；31.液面线；32.模态力 锤。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。

由图1至图12所示，一种部分浸没于液体的板带模态测试平台，包括框 架、沉没辊单元、固定辊单元、张紧辊单元、液池、板带、数据采集与处理单 元。

框架包括两个上下设置的矩形安装架Ⅰ和矩形安装架Ⅱ，两个矩形安装架结 构相同，均包括两根长支撑杆3和两根短支撑杆2，两根长支撑杆3的中部通过 连接杆5连接，两个矩形安装架通过四根立柱1固定安装在一起，为了提高框架 的强度，在长支撑杆3与立柱1之间设置有斜拉梁4。

所述固定辊单元包括两个固定辊轴承座底板16、固定辊17和两个固定辊带 座轴承18，所述固定辊轴承座底板16固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆 3的上表面，固定辊17通过固定辊带座轴承18固定安装在固定辊轴承座底板16 上；所述张紧辊单元包括两根导轨6，导轨6固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长 支撑杆3的上表面，两个平板10均通过滑块7与导轨6滑动连接，张紧辊9通 过张紧辊带座轴承8固定安装在所述平板10上，两个平板10的一端通过立板 11固定连接，立板11靠近固定辊单元的一侧设置有两个L形推板13，立板11 上设置有两个力传感器12，推板13固定安装在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑 杆3的上表面，所述推板13上开设有螺纹孔，张紧螺栓14穿过螺纹孔抵靠在所 述力传感器12上。通过张紧螺栓14在推板13的螺孔中的运动，进而带动11 立板往复移动，调节张紧力，力传感器12固定于立板11上，张紧螺栓旋入时， 压力作用在力传感器上。张紧力的大小通过力传感器测得，通过显示器输出。

所述沉没辊单元包括共用悬臂架19和稳定辊悬臂架25，共用悬臂架19和 稳定辊悬臂架25均固定安装在所述矩形安装架Ⅱ的两根长支撑杆3的下表面， 所述共用悬臂架19的下方固定安装有两个沉没辊悬臂20和两个第一稳定辊悬臂 23，所述稳定辊悬臂架25的下方固定安装有两个第二稳定辊悬臂26，沉没辊21 设置在两个沉没辊悬臂20之间，沉没辊21两端均设置有螺纹孔，并用双头螺栓 将其和沉没辊悬臂20完全约束。第一稳定辊24设置在两个第一稳定辊悬臂23 之间，第二稳定辊27设置在两个第二稳定辊悬臂26之间。柔性板带15依次缠 绕在固定辊17、张紧辊9和沉没辊21的表面，并从第一稳定辊24和第二稳定 辊27之间穿过。

所述液池30位于所述沉没辊单元的下方，所述液池30的侧壁上设置有加热 器29，根据实验要求，启用和调节加热器，改变浸没液体温度，所述沉没辊21 整体位于液池30的液面线31下方,钢制细杆22的一端通过AB胶粘贴在所述沉 没辊21上,另一端伸出液面。

所述液池30中的液体为浸没液体。

所述数据采集与处理单元包括模态力锤32、Siemens LMS Test lab数据采 集前端、DELL移动工作站和LMS Test lab软件，所述LMS Test lab软件由 Impact Testing模块和Modal Analysis模块组成。

测点数量的多少关系到是否能够完全得到结构的模态特性，合理地分布测点 位置，以便每阶模态振型都能唯一的区分开来，所以需要设置足够多的测点数量， 对于沉没辊，沿沉没辊周向均匀设置六排检测点，即第Ⅰ排-第Ⅵ排，每一排上 又均匀设置5个检测点，共30个检测点，对于柔性板带，考虑到实际热镀锌生 产线的位置分布，确定柔性板带的重点区域，即垂直板带区域，位于所述沉没辊 单元和固定辊单元之间的板带，如图11所示的Ⅲ区。此区域为柔性板带镀锌结 束之后垂直上升的一段，柔性板带的振动情况将直接影响到镀锌好坏，最终影响 产品质量。因此选取此段柔性板带为研究对象如图11所示。此区域柔性板带长 宽厚尺寸为1400*150*1mm，柔性板带宽度方向上每隔50mm布置一个测点，长度 方向上每隔100mm布置一个测点，共计60个测点。试验中为减小加速度传感器 28的附加质量对系统的影响，采取多测点分批次测量的方法。测点分布见图12。

一种柔性板带模态测试平台的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)，对沉没辊和柔性带进行网格划分，标记测点，调节张紧力到指定 数值，将模态力锤、加速度传感器等连接至数据处理端，调试。

步骤2)，首先测试干模态，本测试采用“加速度传感器逐点移动、力锤固 定不动”的方法，将加速度传感器28粘贴在沉没辊21上的第一个测点位置，用 力锤敲击钢制细杆端部，采集信号，为得到最佳数据，重复敲击三次，之后将加 速度传感器28粘贴下一个测点位置，再次用力锤敲击钢制细杆端部，采集三次 信号，不断重复上述步骤，直至完成30个测点的全部测试，对于柔性板带，将 加速度传感器依次粘贴在柔性板带上的60个不同测点处，采用力锤直接敲击板 带表面测点A，完成60个测点的全部测试。敲击时要避免过载激励，将采集到 的信号通过谱平均方法，得到各响应点的频率响应函数，再利用PolyMAX法得到 约束状态下沉没辊和柔性板带的各阶振型及其频率。

步骤3)，然后测试湿模态，根据实验要求，注入相应的浸没液体并调节液 体温度以满足实验要求，将加速度传感器依次粘贴在沉没辊和柔性板带上的相应 测点位置，用力捶敲击钢制细杆端部及板带表面，记录模态数值，完成90个测 点的全部测试。

步骤4)，根据实验要求，更换不同材质尺寸的沉没辊、柔性板带，调整张 紧力、调整浸没条件，如液体种类、液体温度、浸没深度，重复步骤2)和3)， 记录不同条件下的模态数值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性板带模态测试平台，其特征在于，包括框架、沉没辊单元、固定辊单元、张紧辊单元、液池、板带、数据采集与处理单元；

所述框架包括两个上下设置的矩形安装架Ⅰ和矩形安装架Ⅱ，两个矩形安装架结构相同，均包括两根长支撑杆和两根短支撑杆，两根长支撑杆的中部通过连接杆连接，两个矩形安装架通过四根立柱固定安装在一起；

所述固定辊单元包括两个固定辊轴承座底板、固定辊和两个固定辊带座轴承，所述固定辊轴承座底板固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆的上表面，固定辊通过固定辊带座轴承固定安装在固定辊轴承座底板上；所述张紧辊单元包括两根导轨，导轨固定在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆的上表面，两个平板均通过滑块与导轨滑动连接，张紧辊通过张紧辊带座轴承固定安装在所述平板上，两个平板的一端通过立板固定连接，立板靠近固定辊单元的一侧设置有两个L形推板，立板上设置有两个力传感器，推板固定安装在所述矩形安装架Ⅰ的两根长支撑杆的上表面，所述推板上开设有螺纹孔，张紧螺栓穿过螺纹孔抵靠在所述力传感器上；

所述沉没辊单元包括共用悬臂架和稳定辊悬臂架，共用悬臂架和稳定辊悬臂架均固定安装在所述矩形安装架Ⅱ的两根长支撑杆的下表面，所述共用悬臂架的下方固定安装有两个沉没辊悬臂和两个第一稳定辊悬臂，所述稳定辊悬臂架的下方固定安装有两个第二稳定辊悬臂，沉没辊设置在两个沉没辊悬臂之间，沉没辊两端均设置有螺纹孔，并用双头螺栓将其和沉没辊悬臂完全约束；第一稳定辊设置在两个第一稳定辊悬臂之间，第二稳定辊设置在两个第二稳定辊悬臂之间；柔性板带依次缠绕在固定辊、张紧辊和沉没辊的表面，并从第一稳定辊和第二稳定辊之间穿过；

所述液池位于所述沉没辊单元的下方，所述液池的侧壁上设置有加热器，所述沉没辊整体位于液池的液面线下方,钢制细杆的一端通过AB胶粘贴在所述沉没辊上,另一端伸出液面。

2.根据权利要求1所述的一种柔性板带模态测试平台，其特征在于，在长支撑杆与立柱之间设置有斜拉梁。

3.根据权利要求1所述的一种柔性板带模态测试平台，其特征在于，所述数据采集与处理单元包括模态力锤、Siemens LMS Test lab数据采集前端、DELL移动工作站和LMS Testlab软件。

4.根据权利要求3所述的一种柔性板带模态测试平台，其特征在于，所述LMS Test lab软件由Impact Testing模块和ModalAnalysis模块组成。

5.根据权利要求1所述的一种柔性板带模态测试平台，其特征在于，沿沉没辊周向均匀设置六排检测点，每一排上又均匀设置5个检测点，共30个检测点，柔性板带宽度方向上每隔50mm布置一个测点，长度方向上每隔100mm布置一个测点，共计60个测点。

6.一种采用如权利要求1-5中任意一项所述的柔性板带模态测试平台的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，对沉没辊和柔性板带进行网格划分，标记测点，调节张紧力到指定数值，将模态力锤、加速度传感器连接至数据处理端，调试；

步骤2)，首先测试干模态，本测试采用“加速度计逐点移动、力锤固定不动”的方法，将加速度传感器粘贴在沉没辊上的第一个测点位置，用力锤敲击钢制细杆端部，采集信号，为得到最佳数据，重复敲击三次，之后将加速度传感器粘贴下一个测点位置，再次用力锤敲击钢制细杆端部，采集三次信号，不断重复上述步骤，直至完成30个测点的全部测试，对于柔性板带，将加速度传感器依次粘贴在柔性板带上的60个不同测点处，采用力锤直接敲击带钢表面测点A，完成60个测点的全部测试，敲击时要避免过载激励，将采集到的信号通过谱平均方法，得到各响应点的频率响应函数，再利用PolyMAX法得到约束状态下沉没辊和柔性板带的各阶振型及其频率；

步骤3)，然后测试湿模态，根据实验要求，注入相应的浸没液体并调节液体温度以满足实验要求，将加速度传感器依次粘贴在沉没辊和柔性板带上的相应测点位置，用力锤敲击钢制细杆端部及柔性板带表面，记录模态数值，完成90个测点的全部测试；

步骤4)，根据实验要求，更换不同材质尺寸的沉没辊、柔性板带，调整张紧力、调整浸没条件，重复步骤2)和3)，记录不同条件下的模态数值。

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