发动机动力总成惯量参数测量及误差探究

梁海滨

摘 要 发动机动力总成惯量参数测量对于农业机械安全、高效运行的实现有着重要的影响，对于其误差的控制要更为严格。基于此，提出了通過对三线扭摆进行改良，提出了一种新的测量方法，并利用实际的测量进行了数据与误差的分析。

关键词 发动机动力总成；惯量参数；测量误差

中图分类号：U464 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.077

社会科技的不断发展让人们对于农业机械的性能要求有了进一步的提升，农业机械的平稳、高效运行成为基础的要求。农业机械的发动机振动对于农业机械运行的稳定性有着重要的影响，这就使得对于农业机械发动机的总成惯量参数进行确定成为了重点的工作。发动机总成惯量参数的测量与确定影响着发动机动力总成的布置，对于改善农业机械的运行平稳程度有着重要的影响[1-2]。基于此，对三线扭摆测惯性参数的方法进行了改进，提出了一种新的测量方法，并分析了测量误差。

1 发动机动力总成惯性参数测量

1.1 三线摆结构的改进

传统的三线摆结构是由三根等长的摆绳和一个托盘组成，三根摆绳连接着托盘，将其吊在一个固定的支架上，并保证悬吊点都处于同一水平线上。而改进的三线摆结构则由圆台、万向节以及横轴组成。主要的运行原理为被测试的物体经过万向节，并悬吊在圆台上。这时，改良的三线摆的质心就落在了扭摆的轴线上，以此完成对于被测试物体的惯性参数的测量。这样的方式能够有效调整被测试的物体的质心，使其落于扭摆的轴线上，完成对传统三线摆结构的改进工作。

1.2 参考坐标系的建立

将农业机械发动机利用改进的三线摆结构悬吊起来，并建立起参考坐标系，通过这样的方式描述发动机质心的位置。在发动机参考坐标系的建立时，要选择表面特征加工的精度高、定位相对准确的区域进行参考坐标系的建立。其中，建立参考坐标系的主要依据原则有四条，1）坐标原点的选择。参考坐标系中的坐标原点要依据发动机和变速器的位置进行确定。一般来说，会选取两者相连接的曲轴轴线以及法兰面的交点为参考坐标系的坐标原点O。2）X轴的建立。常见的做法是沿着曲轴轴线建立参考坐标系的X轴，正向方向为离合器到皮带轮的方向。3）Z轴的建立。Z轴为与气缸体水平面向垂直的直线，方向为水平面向上。4）Y轴的建立。通常情况下，参考坐标系中Y轴都是依据右手法则进行建立的。

1.3 发动机动力总成质心测试

1.3.1 测试的流程

农业机械发动机的动力总成质心的测试流程主要有8条。1）准备阶段。在这一阶段中，主要是将发动机的动力总成悬吊于改进后的三线摆结构中，使得发动机的动力总成的质心落于扭摆的轴线上。2）固定变速箱。当悬吊于改良后的三线摆上的发动机动力总成静止不动时，利用支架将其支撑，并利用热熔胶将变速箱固定在发动机的动力总成上。3）参考坐标系的建立。对于第一组悬挂状态下的发动机动力总成正坐标进行采集，并以此为依据建立起参考坐标系。4）确定各项参考坐标。利用水平台的测量来确定平面法矢量，并且对于垂直吊点的圆心坐标进行确立。通过对经过垂直吊点的垂线进行观察，确定出发动机动力总成的质心垂线。5）动力总成参考坐标系的测量与建立。这一环节的工作可以利用三坐标测量软件来进行。6）确定质心的垂线位置。对于发动机动力总成的质心垂线位置，也可以通过软件来进行确定。7）收集其他的两组数据。8）数据处理与分析。通过对上述步骤中得出的数据进行分析，得出发动机的动力总成质心的坐标。

1.3.2 测试的结果

利用上述的8个步骤进行测试，得出的结果如下。第一组的法向矢量I：-0.153、J：0.257、K：-0.819，球心的坐标为（539.837，-148.566，365.968），到质心的平均距离为0.4932mm。第二组的法向矢量I：-0.646、J：0.468、K：0.602，球心的坐标为（703.899，331.185，531.225），到质心的平均距离为0.387 5 mm。第三组的法向矢量I：0.363、J：0.811、K：0.459，球心的坐标为（30.908，-483.86，-379.583），到质心的平均距离为0.434 7 mm。第四组的法向矢量I：0.915、J：0.402、K：0.033，球心的坐标为（-338.934，-257.410，-126.027），到质心的平均距离为0.5365 mm。测试中得到的动力总成质心误差系数为0.4908，发动机的参考坐标系（也是质心坐标）为（147.042 5，5.983 1，-102.202）。其中，由于测试的结果中误差系数为0.490 8，最大距离为0.536 5 mm，所以该测验满足实验的要求。

1.4 发动机动力总成转动惯性测试

依照上述的测试流程，能够得出农业机械发动机动力总成的质量为300.64 kg，同时对于悬吊状态下的发动机动力总成进行10组数据信息的采集，得出的结果见表1。

从表1中的具体数据中能够了解到，相对误差最大为0.6413%，所以该测试满足实验的要求。

2 发动机动力总成惯性误差分析

2.1 质心位置测量的误差分析

对于改良后三线摆在进行农业机械发动机动力总成的质心位置测量的误差进行分析，可以利用一个较为复杂的物体进行质心的测试，并与其质心位置的理论值进行对比，这样就能够了解改良后三线摆的质心位置测量误差。在测试中，得到的质心位置坐标为（-180.505，-94.359 9，-89.616 8），而该物体理论上的质心位置坐标为（-180.497，-94.783 5，-89.633 6）。经过对比与计算，可以发现误差最大为0.423 613 mm，达到了设计要求。

2.2 发动机惯性参数测量的误差分析

利用同样的复杂物体，能够对改良三线摆对于惯性参数测试的误差进行分析与了解。进行了十组数据的分析后，得出相对误差最大为0.644 4%，绝对误差最大为0.006 5%，两个误差数据相对较小，符合实验的要求。

3 结语

通过对传统的三线摆进行改良，能够有效调节农业机械发动机动力总成的质心落于扭摆轴线，对于农业机械发动机动力总成惯量参数的测量误差有了更好的控制，实现了农业机械发动机动力总成的质心测量与惯性参数测量同时进行，有效提升了测量的效率。

参考文献：

[1] 胡志强.汽车动力总成惯性参数辨识与实验测试研究[D].沈阳：东北大学，2011.

[2] 韩亚平，管啸天，李海斌，等.发动机动力总成惯量参数测量及误差分析[J].拖拉机与农用运输车，2007（4）：67-68，70.

（责任编辑：刘昀）