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1、机 织 综框的模态测试与能量谱 薛文良 祝章琛 程隆棣 魏孟媛 东华大学纺织学院 (中国) 摘 要: 介绍了通过基于快速傅立叶变换 (FFT) 的谱分析确定综框的动态特性。研究 了综框变化信号的特性。比较了两个不同厂家生产的综框的模态参数和能量 谱密度。讨论了评价综框质量的能量谱的差异。 关键词: 综框, 动态特性, ! 傅立叶变换 Optimum package characteristics thanks to Propack FK and Ecopack FX Heike Scheibe,Schlafhorst Zweigniederlassung der Saurer GmbH & C
2、o. KG, M=chengladbach German? Abstract: Schlafhorst has exactly analysed the limiting factors of the yarn length measuring systems as well of the pack- age build-up,developed the functionality of the electronic anti-patterning system Propack FX and the high- precision length measuring system Ecopack
3、 FX which set new standards for the length measuring area and for package build-up and thus for the economic efficiency in winding and the downstream processes. Keywords:package,anti-pattern,length-measure,Propack FX,Ecopack FX 织机经纱断头主要发生在综 框邻近区域。在转速为 650 r/ min 的喷气织机上对比不同厂家的综 框, 织机的生产效率之差达 5%, 主要表现
4、为经停多和开口不清。 综框振动不仅造成断经, 而且在与 织机共振时还会造成横梁断裂或 框架脱开 1。在综框设计中, 在增 加它的刚度和减轻其重量的同时, 有必要研究综框的动态性能, 改进 综框的模态性能和改善吸振能力。 1 综框的模态识别试验 方法 1. 1 综框是小阻尼模态不密集的 结构系统 下面讨论综框的三个模态参 数: 模态频率、 模态阻尼、 模态振 型 2。 图 1 表示综框的频响函数, 由 图可见综框的模态没有呈现为密 集模态, 就每一个共振峰而言, 有 的单峰是双密模态; 作为综框模态 的整体而言, 各阶综框模态是相互 离散的, 综框的模态群是一模态不 密集的结构系统。综框是小阻尼
5、 模态不密集的结构系统, 从试验结 果可以设定综框系统是线性的、 非 时变的、 稳定的系统。因此, 可以 采用频域识别法作模态参数识别。 1. 2 综框的模态试验分析方法 综框的模态分析方法, 就是利 用综框系统各阶振型的正交性, 以 振型矩阵作为变换矩阵, 对原系统 作线性变换, 在模态坐标系统中, 变换出一组相互独立的运动方程。 综框的模态试验分析方法: 通过试 验方法求得综框的模态参数, 在综 框的模态试验中, 采用频域识别法 识别参数。 为了得到综框的模态振型, 用 164 个结点及其相应的联线将综 框离散化为一个框架结构 (图 2) 。 把测量响应信号的加速度传感器 固定在综框的一个
6、点上, 用冲击锤 依次敲击综框上的每一个结点, 将 两组信号同时采集和计算就得到 了传递函数矩阵的一行, 多次敲击 后就获得了传递函数矩阵的所有 信息。将测量得到的传递函数矩 阵用实模态的方法进行曲线拟合, 可得到综框的模态频率、 模态阻 尼、 模态振型。综框的测试装置如 图 3 所示。 43 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 机 织 图 1 综框横振动 0 100 Hz 的频幅曲线 (1. 9 m 筘幅喷气 织机用) 图
7、 2 综框测试点的分布 表 1 国产综框与 New Light 综框的各阶固有 频率振动能量的分布对比 阶数 综框 (佛山) 固有频率 (Hz) 振动能量 (dB) 能 量 (%) 综框 (NANKAI, 1994 年造) 固有频率 (Hz) 振动能量 (dB) 能 量 (%) 1 阶5. 511. 00. 3575. 2522. 118. 62 2 阶7. 2512. 70. 6287. 7519. 418. 62 3 阶20. 7514. 301. 3712. 0023. 612. 02 4 阶36. 6028. 2017. 121. 7526. 121. 88 5 阶42. 2518.
8、202. 9732. 5019. 03. 47 6 阶72. 7524. 6010. 960. 0022. 217. 38 7 阶124. 2524. 604. 9269. 2520. 517. 38 8 阶130. 2517. 304. 92107. 5019. 617. 78 9 阶150. 014. 918. 0117. 7520. 217. 78 10 阶188. 515. 218. 0150. 5010. 61. 86 11 阶182. 0018. 17. 76 图 3 综框的试验装置简图 2 综框横振动模态结构 的特点和耦合 横振动指综框前后幌动, 综框 模态结构的特点: 从图 1
9、 可见, 综框的横振动频 幅曲线的波峰呈现为结构群, 每一 结构群有两个频率相近的共振峰 组合而成: 第一组: 20 Hz 以下: 含 6 Hz、 7. 5 Hz 和 10 Hz; 第二组: 20 30 Hz: 含 21. 75 Hz 和 24. 0 Hz; 第三组: 30 60 Hz: 含 37. 5 Hz 和 43. 0 Hz; 第四组: 60 120 Hz: 含 74. 75 Hz 和 65. 0 Hz; 第五组: 120 180 Hz: 含128.5 Hz 和 133. 0 Hz。 各组 共 振 峰 的共同特点: 两个 峰一高一低, 振动能量两者相差都 在一个数量级以上, 主振峰的高低
10、 峰能量差达两个数量级。这种谱 结构的成因与横梁的结构有关, 综 框由上下两片同样的模梁组成, 结 构对称, 两模梁的联结薄弱。在两 组之间, 存在一个反共振峰, 五组 共振峰对应有五个反共振峰。 3 综框各阶固有频率振 动能量的分布 综框的各阶固有频率振动能 量的分布特点如表 1 和图 4 所示, 由对比可知: 国产某综框的振动能 量分布与 New Light 综框对比显得 不均匀, 其第 7 8 阶固有频率区 段的振动能量为全部振动能量的 49%; 而 New Light 综框的第 4 阶 固有频率区段的振动能量为全部 振动能量的 21. 88%, 其各区段的 振动能量几乎平均分布, 主要
11、区段 为第 1 2 阶、 第 3 阶、 第 4 阶、 第 6 7 阶、 第 8 9 阶、 第 10 11 阶。 与在单位激振力作用下综框 在定点的振幅响应值相结合, 综框 各阶固有频率振动能量的分布可 用于综框动态性能的评估。 在同 53 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 机 织 图4 国产综框 (上) 与 New Light 综框 (下) 的频幅曲线对比 (1. 9 m 筘幅喷气织机用) 图5 国产综框 (上) 与 Ne
12、w Light 综框 (下) 横梁的频幅曲线 对比 (1. 9 m 筘幅喷气织机用) 表 2 国产综框横梁与 New Light 综框横梁的各阶固有 频率振动能量的分布 阶数 综框横梁 (NANKAI) 固有频率 (Hz) 振动能量 (dB) 能 量 (%) 综框横梁 (佛山) 固有频率 (Hz) 振动能量 (dB) 能 量 (%) 1 阶18. 023. 510. 019. 2519. 161. 66 2 阶48. 2532. 110. 052. 0039. 761. 66 3 阶92. 5037. 7051. 28102. 2536. 421. 38 4 阶148. 012. 5038.
13、9168. 7535. 316. 98 5 阶159. 2539. 5038. 9 样的外力作用下, 对于各区段的振 动能量分布不均匀的综框更容易 损坏。综框的动态特性设计要求 是综框各共振区段的振动能量应 尽可能均匀分布 3。 4 横梁的频响曲线 对综框频谱结构影响最大的 是横梁以及横梁与侧档的结合方 式。横梁的频响曲线的特点和形 态直接影响综框的频谱结构, 横梁 频响曲线前几阶共振频率决定综 框的 200 Hz 以内的共振频率的数 值。影响横梁的频响特性的主要 因素是截面的结构、 几何尺寸和铝 合金材料的性能。 New Light 综框横梁的频响曲 线 (图 5) 分成三个区段: 第 1
14、2 阶、 第 3 阶、 第 4 5 阶, 频谱在形 态结构上完整。 第 1 2 阶: 在振动能量分布 上低于第 3 阶; 第 3 阶: 一个完整的共振峰, 有足够的阻尼宽度; 第 4 5 阶: 148 170 Hz 范围 内的第 4 5 阶振动峰对应于综框 的 130 Hz 的振动峰, 是一个主 峰的上峰坡叠加了小振能的共振 峰。 主振峰 (振能级别最高的共振 峰) : 第 3 阶 92. 5 Hz 是综框横梁 的主振峰, 对应于综框的 65 85 Hz 主振峰。由于横梁与另一根横 梁以及侧档共同组成综框, 综框的 各阶共振频率必然低于横梁相应 的共振频率。 图 5 给出了国产综框横梁与 Ne
15、w Light 综框横梁的频幅曲线的 对比, 国产综框横梁的频谱图有下 列不足: (1) 在 56 Hz 邻近区域内, 没 有反共振峰; (2) 在 120 160 Hz 邻近区域 内, 出现了信噪比低的曲线; 该曲 线段所在区域的宽度 (指频宽) 对 综框结构性能有重要影响 (表 2) 。 63 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 机 织 5 结论 (1) 通过模态激振试验可以测 得综框的模态曲线和参数, 综框的 横振动模
16、态是影响综框运动的稳 定性和振动的主要因素。 (2) 综框的横振动频幅曲线的 波峰呈现为结构群, 每一结构群有 两个频率相近的共振峰组合而成。 在 0 200 Hz 范围内, 由共振峰组 成的各共振区段具有的振动能量 应尽可能均匀分布。 (3) 从综框结构上考虑, 横梁 的频响曲线是影响综框模态结构 的最主要因素。 参考文献 1 祝章琛, 韩万军 . 综框的模态参数识别 . 纺织学报, 1989, (9): 420 424 2 Lee D G,Lee C. S,Oh J H,et al. Com- posite heddle frame for high-speed looms. Compos
17、ite Structures, 1999, (12):507 517 3 Kinari T ,Iwata Y ,Shintaku S ,et al . Transverse vibration properties of heald for jet loom, Journal of the Textile Machinery Socie- ty of Japan, 2002, (2): 47 51 ModaI testing and power spectrum of heaId frame Xue Wenliang,Zhu Zhangchen,Cheng Longdi,Wei Mengyua
18、n, College of Textiles,Donghua University,Shanghai/ China Abstract: The method of impact excitation testing with Fast Fourier Transform(FFT)based on spectrum analyzer to determine the dynamic characteristics of a heald frame is introduced. The characteristics of heald frame vi- bration signature are
19、 studied. The modal parameters and power spectral density of two kinds of frames pro- duced by different mills are compared. The differences in the power spectrum for estimating the quality of heddle frame are found. Keywords:heald frame,dynamic characteristics, = Fourier Transform 广 告 索 引 公 司页码网 址
20、赛龙捷公司Salmoiraghi Spa封面www. salgroup. it Picanol NV封二www. picanol. be 张家港华光电子有限公司Zhangjiagang Huaguang Electronic Co. ,Ltd.封三www. cay. com. cn 全国产业用纺织品科技情报站China Techtextile Information Station封底www. dhu. edu. cn/ infor 汽巴精细化工公司Ciba Spacialty Chemicals Ltd.1www. cibasc. com 上海特安纶纤维有限公司9 ko-tex associ
21、ation13www. oeko - tex. com 大连合成纤维研究所股份有限公司Dalian Synthetic Fiber Research Institute Co. ,Ltd.21www. dsfri. com 立达纺织机械 (上海) 有限公司Rieter machine Works Ltd.25www. rieterchina. com 苏拉纺织集团Saurer GmbH & Co. KG29www. textile. saurer. com 上海国际纺织工业展 2006SHANGHAITEX 200633www. shanghaitex. cn 宜宾丝丽雅集团有限公司Yibin
22、 Grace Group Limited Corporation37www. on - grace. com 仪化宇辉化纤有限公司41www. ycfc. com 风琴针业 (上海) 有限公司Organ Needle Co. ,Ltd.45www. organ - needles. com 北京中丽制机化纤工程技术有限公司Bejing Chonglee Machinery & Chemical Fiber Engineering Co., Ltd.49www. ctamp. com. cn 绍兴市耀龙纺粘科技有限公司Shaoxing Yaolong Spunbonded Nonwoven Te
23、chnology Co. , Ltd.53 浙江台州宇星制针有限公司Zhejiang Taizhou Yuxing Needle-Making Co. ,Ltd.57www. tzyuxing. com 第 10 届中国国际纺织机械展览会10thChina International Textile Machinery Exhibition61www. citme org 中国国际产业用纺织品及非织造布展览会International Trade Fair for Technical Textiles and Nonwovens65www. cinte. com. cn 83 国际纺织导报 2006 年第 6 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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