基于Android的動(dòng)平衡解算器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

喬玉華 ，李 虹 ，韓 瞧

（1.遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，遼寧本溪 117000；2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京 100176）

0 引言

隨著現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)算技術(shù)的發(fā)展，小型輕便的測(cè)算儀器漸成趨勢(shì)。由于基于Android的多種移動(dòng)端設(shè)備已充斥市場(chǎng)，同時(shí)為解決相關(guān)振動(dòng)測(cè)算的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)及時(shí)性問(wèn)題，面向振動(dòng)測(cè)算中動(dòng)平衡解算及其相關(guān)基本測(cè)量計(jì)算，開(kāi)發(fā)移動(dòng)端輕便型解算器，為現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的基礎(chǔ)預(yù)測(cè)提供了有效支持，并為振動(dòng)測(cè)算儀器的輕便化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 主要解算原理

1.1 動(dòng)平衡解算原理

轉(zhuǎn)子在圍繞軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力，這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命。對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行校正，能夠改善轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)或作用于軸承上的振動(dòng)，減少到允許的范圍之內(nèi)。

1.1.1 單面靜平衡解算原理

靜力不平衡表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，但平行于旋轉(zhuǎn)軸線，因此不平衡將發(fā)生在單平面上。不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承，是相等的、同向的。校正平面如圖1所示。

圖1 單面平衡

1.1.2 雙面動(dòng)平衡解算原理

動(dòng)力不平衡表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡將發(fā)生在2個(gè)平面上。一般認(rèn)為，動(dòng)力不平衡是靜力不平衡和偶力不平衡的組合，不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承，既不相等且向量角度也不相同。校正平面如圖2所示。

圖2 雙面平衡

1.2 其他相關(guān)解算原理

（1）轉(zhuǎn)子許用不平衡量計(jì)算見(jiàn)式（2）。

式中Uper——允許不平衡量，g

M——轉(zhuǎn)子自身重量，kg

G——轉(zhuǎn)子的平衡精度等級(jí)，mm/s

r——轉(zhuǎn)子校正半徑，mm

n——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min

（2）機(jī)械振動(dòng)的強(qiáng)弱用振動(dòng)量來(lái)衡量，振動(dòng)量可以是振動(dòng)體的位移、速度或加速度，如果振動(dòng)量超過(guò)允許范圍，機(jī)械設(shè)備將產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零、部件的早期失效。其位移、速度和加速度可表示為式（3）。

2 應(yīng)用基本構(gòu)成

基于Android的動(dòng)平衡解算器的基本構(gòu)成如下：

（1）單面靜平衡計(jì)算。根據(jù)轉(zhuǎn)子初始振動(dòng)的幅值和相位、加試重的質(zhì)量和相位以及試重后振動(dòng)的幅值和相位，計(jì)算影響系數(shù)、保留試重的配重和去除試重的配重；而后進(jìn)行二次平衡試重，計(jì)算得到修正配重。

（2）轉(zhuǎn)子試重估算。根據(jù)轉(zhuǎn)子重量、平衡轉(zhuǎn)速、加重半徑及平衡等級(jí)（其中，平衡等級(jí)為可選參數(shù)，G=0.4/1.0/2.5/6.3/16/40），計(jì)算推薦試重、單位轉(zhuǎn)子質(zhì)量許用不平衡量、轉(zhuǎn)子許用不平衡量及平衡半徑處許用不平衡量。

（3）影響系數(shù)計(jì)算試重。基本初始振動(dòng)和影響系數(shù)估算試重。

（4）簡(jiǎn)易振動(dòng)矢量計(jì)算。根據(jù)2個(gè)矢量的幅值和相位，計(jì)算矢量和、矢量差。

（5）振動(dòng)量單位換算。根據(jù)振動(dòng)頻率進(jìn)行速度 RMS（Root Meam Square，均方根值）、位移PK-PK和加速度PK之間的基本換算。

（6）等效頻率估算。根據(jù)速度RMS、位移PK-PK和加速度 PK，計(jì)算等效頻率 f（A-V）、f（A-D）和f（V-D）。

（7）長(zhǎng)方體配重質(zhì)量估算及削鉆孔去重質(zhì)量估算。根據(jù)長(zhǎng)方體的長(zhǎng)、寬、高及密度（密度為可選參數(shù)，普通碳素鋼/黃銅/純鋁/不銹鋼），計(jì)算配重質(zhì)量；根據(jù)削鉆直徑和深度，配重塊的密度，估算去重質(zhì)量。

（8）角度弧長(zhǎng)換算。根據(jù)角度和周長(zhǎng)（或半徑），計(jì)算對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)和半徑（或周長(zhǎng)）。

（9）去除試重的雙面動(dòng)平衡解算。根據(jù)轉(zhuǎn)子兩側(cè)原始振動(dòng)的幅值和相位、A側(cè)試重質(zhì)量及相位、A側(cè)加試重后兩側(cè)振動(dòng)的幅值和相位、去除A側(cè)試重后的B側(cè)試重的質(zhì)量及相位、B側(cè)加試重后兩側(cè)振動(dòng)的幅值和相位，計(jì)算得到去除試重的A側(cè)配重和B側(cè)配重。

（10）保留試重的雙面動(dòng)平衡解算。根據(jù)轉(zhuǎn)子兩側(cè)原始振動(dòng)的幅值和相位、A側(cè)試重質(zhì)量及相位、A側(cè)加試重后兩側(cè)振動(dòng)的幅值和相位、保留A側(cè)試重的B側(cè)試重的質(zhì)量及相位、B側(cè)加試重后兩側(cè)振動(dòng)的幅值和相位，計(jì)算得到保留試重的A側(cè)配重和B側(cè)配重。

3 基于Android的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)

該項(xiàng)目基于JAVA語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)工具為Android studio 3.0，硬件測(cè)試工具為金立M3，主屏分辨率為1280×720像素，屏幕像素密度294 ppi，操作系統(tǒng)為amigo OS 3.0（基于Android 5.0），CPU 型號(hào)為聯(lián)發(fā)科 MT6735，CPU 頻率為 1.3 GHz，RAM（Random Access Memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）為1.5 GB，旨在實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測(cè)試的簡(jiǎn)易估算，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)量。

動(dòng)平衡解算器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)主要分為界面設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算功能的實(shí)現(xiàn)。其中，界面設(shè)計(jì)理念要求應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)符合用戶的操作習(xí)慣、視覺(jué)喜好、簡(jiǎn)潔性等特性，分析基于Android的動(dòng)平衡解算器的功能需求，針對(duì)用戶喜好制定了相應(yīng)策略：界面搭建由Layout布局文件嵌套實(shí)現(xiàn)，以單擊響應(yīng)事件為主，輔以TextView，Button，EditView，ImageView等相關(guān)控件及資源文件；振動(dòng)測(cè)算計(jì)算功能主要參照應(yīng)用基本構(gòu)成的各項(xiàng)解算實(shí)現(xiàn)，根據(jù)對(duì)應(yīng)解算原理進(jìn)行Android編程，各項(xiàng)數(shù)值取小數(shù)點(diǎn)后5位。實(shí)現(xiàn)效果如圖3所示。

圖3 動(dòng)平衡解算器部分示例

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，Android技術(shù)已成為社會(huì)的主流技術(shù)，Android設(shè)備是智能社會(huì)發(fā)展的橋梁之一，故而，基于Android的相關(guān)振動(dòng)測(cè)算也將向小型化、智能化方向發(fā)展。基于Android的動(dòng)平衡解算器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能夠有效幫助工作人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)振動(dòng)測(cè)量估算，并為基于Android的各種振動(dòng)測(cè)量產(chǎn)品奠定一定的發(fā)展基礎(chǔ)，從而推動(dòng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)量與設(shè)備維修管理的進(jìn)一步發(fā)展。