發動機動力總成慣量參數測量及誤差探究

梁海濱

摘 要 發動機動力總成慣量參數測量對于農業機械安全、高效運行的實現有著重要的影響，對于其誤差的控制要更為嚴格?；诖耍岢隽送ㄟ^對三線扭擺進行改良，提出了一種新的測量方法，并利用實際的測量進行了數據與誤差的分析。

關鍵詞 發動機動力總成；慣量參數；測量誤差

中圖分類號：U464 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.077

社會科技的不斷發展讓人們對于農業機械的性能要求有了進一步的提升，農業機械的平穩、高效運行成為基礎的要求。農業機械的發動機振動對于農業機械運行的穩定性有著重要的影響，這就使得對于農業機械發動機的總成慣量參數進行確定成為了重點的工作。發動機總成慣量參數的測量與確定影響著發動機動力總成的布置，對于改善農業機械的運行平穩程度有著重要的影響[1-2]?；诖?，對三線扭擺測慣性參數的方法進行了改進，提出了一種新的測量方法，并分析了測量誤差。

1 發動機動力總成慣性參數測量

1.1 三線擺結構的改進

傳統的三線擺結構是由三根等長的擺繩和一個托盤組成，三根擺繩連接著托盤，將其吊在一個固定的支架上，并保證懸吊點都處于同一水平線上。而改進的三線擺結構則由圓臺、萬向節以及橫軸組成。主要的運行原理為被測試的物體經過萬向節，并懸吊在圓臺上。這時，改良的三線擺的質心就落在了扭擺的軸線上，以此完成對于被測試物體的慣性參數的測量。這樣的方式能夠有效調整被測試的物體的質心，使其落于扭擺的軸線上，完成對傳統三線擺結構的改進工作。

1.2 參考坐標系的建立

將農業機械發動機利用改進的三線擺結構懸吊起來，并建立起參考坐標系，通過這樣的方式描述發動機質心的位置。在發動機參考坐標系的建立時，要選擇表面特征加工的精度高、定位相對準確的區域進行參考坐標系的建立。其中，建立參考坐標系的主要依據原則有四條，1）坐標原點的選擇。參考坐標系中的坐標原點要依據發動機和變速器的位置進行確定。一般來說，會選取兩者相連接的曲軸軸線以及法蘭面的交點為參考坐標系的坐標原點O。2）X軸的建立。常見的做法是沿著曲軸軸線建立參考坐標系的X軸，正向方向為離合器到皮帶輪的方向。3）Z軸的建立。Z軸為與氣缸體水平面向垂直的直線，方向為水平面向上。4）Y軸的建立。通常情況下，參考坐標系中Y軸都是依據右手法則進行建立的。

1.3 發動機動力總成質心測試

1.3.1 測試的流程

農業機械發動機的動力總成質心的測試流程主要有8條。1）準備階段。在這一階段中，主要是將發動機的動力總成懸吊于改進后的三線擺結構中，使得發動機的動力總成的質心落于扭擺的軸線上。2）固定變速箱。當懸吊于改良后的三線擺上的發動機動力總成靜止不動時，利用支架將其支撐，并利用熱熔膠將變速箱固定在發動機的動力總成上。3）參考坐標系的建立。對于第一組懸掛狀態下的發動機動力總成正坐標進行采集，并以此為依據建立起參考坐標系。4）確定各項參考坐標。利用水平臺的測量來確定平面法矢量，并且對于垂直吊點的圓心坐標進行確立。通過對經過垂直吊點的垂線進行觀察，確定出發動機動力總成的質心垂線。5）動力總成參考坐標系的測量與建立。這一環節的工作可以利用三坐標測量軟件來進行。6）確定質心的垂線位置。對于發動機動力總成的質心垂線位置，也可以通過軟件來進行確定。7）收集其他的兩組數據。8）數據處理與分析。通過對上述步驟中得出的數據進行分析，得出發動機的動力總成質心的坐標。

1.3.2 測試的結果

利用上述的8個步驟進行測試，得出的結果如下。第一組的法向矢量I：-0.153、J：0.257、K：-0.819，球心的坐標為（539.837，-148.566，365.968），到質心的平均距離為0.4932mm。第二組的法向矢量I：-0.646、J：0.468、K：0.602，球心的坐標為（703.899，331.185，531.225），到質心的平均距離為0.387 5 mm。第三組的法向矢量I：0.363、J：0.811、K：0.459，球心的坐標為（30.908，-483.86，-379.583），到質心的平均距離為0.434 7 mm。第四組的法向矢量I：0.915、J：0.402、K：0.033，球心的坐標為（-338.934，-257.410，-126.027），到質心的平均距離為0.5365 mm。測試中得到的動力總成質心誤差系數為0.4908，發動機的參考坐標系（也是質心坐標）為（147.042 5，5.983 1，-102.202）。其中，由于測試的結果中誤差系數為0.490 8，最大距離為0.536 5 mm，所以該測驗滿足實驗的要求。

1.4 發動機動力總成轉動慣性測試

依照上述的測試流程，能夠得出農業機械發動機動力總成的質量為300.64 kg，同時對于懸吊狀態下的發動機動力總成進行10組數據信息的采集，得出的結果見表1。

從表1中的具體數據中能夠了解到，相對誤差最大為0.6413%，所以該測試滿足實驗的要求。

2 發動機動力總成慣性誤差分析

2.1 質心位置測量的誤差分析

對于改良后三線擺在進行農業機械發動機動力總成的質心位置測量的誤差進行分析，可以利用一個較為復雜的物體進行質心的測試，并與其質心位置的理論值進行對比，這樣就能夠了解改良后三線擺的質心位置測量誤差。在測試中，得到的質心位置坐標為（-180.505，-94.359 9，-89.616 8），而該物體理論上的質心位置坐標為（-180.497，-94.783 5，-89.633 6）。經過對比與計算，可以發現誤差最大為0.423 613 mm，達到了設計要求。

2.2 發動機慣性參數測量的誤差分析

利用同樣的復雜物體，能夠對改良三線擺對于慣性參數測試的誤差進行分析與了解。進行了十組數據的分析后，得出相對誤差最大為0.644 4%，絕對誤差最大為0.006 5%，兩個誤差數據相對較小，符合實驗的要求。

3 結語

通過對傳統的三線擺進行改良，能夠有效調節農業機械發動機動力總成的質心落于扭擺軸線，對于農業機械發動機動力總成慣量參數的測量誤差有了更好的控制，實現了農業機械發動機動力總成的質心測量與慣性參數測量同時進行，有效提升了測量的效率。

參考文獻：

[1] 胡志強.汽車動力總成慣性參數辨識與實驗測試研究[D].沈陽：東北大學，2011.

[2] 韓亞平，管嘯天，李海斌，等.發動機動力總成慣量參數測量及誤差分析[J].拖拉機與農用運輸車，2007（4）：67-68，70.

（責任編輯：劉昀）